鉛を含まない
ペロブスカイト太陽電池
電気通信大学i-パワードエネルギー・システム研究センター
特任教授 早瀬修二
2021年5月28日
1従来技術とその問題点
ペロブスカイト太陽電池の構造と特徴：高効率・フレキシブル・軽量
光吸収層

封止

p-型層

⊖⊖ ⊕ ⊕n-型層

太陽光

ペロブスカイトPV作製の利点
ロールtoロール印刷プロセス

光電変換セルの構造
光電変換セル電極

電極

ペロブスカイト
結晶構造

シリコン結晶https://www.sekisui.co.jp/news/2017/1302064_29186.html

https://ferrotec-silicon.com/ja/product/method/

種類溶液

光吸収層

効率

プロセス温度基板

ペロブスカイト
太陽電池（含鉛）

ペロブスカイト（インキ）(0.2-0.5μm)

25.5%

100℃
（溶液塗布）

プラスチック基板（軽量・フレキシブル）（1-4kg/m2）

シリコン太陽電池

シリコン(200-300μm)

26.7%

1500℃
（溶融）

2ガラス基板(12-15kg/m2)2

新技術の特徴・従来技術との比較
これまでのペロブスカイト太陽電池の課題（鉛を含有）と解決方法
ペロブスカイト層に鉛イオン（Pb2+、重量比 30％）が含まれている。
環境問題、リサイクルが複雑

光吸収層（ペロブスカイト）⊖⊖⊕

Pb2+ 鉛

Sn2+ 錫⊕p-型
半導体層n-型
半導体層

太陽光

錫ペロブスカイト
太陽電池を提案
問題点：効率がまだ低い
原因：不純物、結晶欠陥
ペロブスカイト結晶(~100℃で作製可能）

RoHS指令電気・電子製品に使用することを原則禁止：鉛・水銀・六価クロム・カドミウム・・・・・・
34

性能を低下させる格子欠陥と性能向上のための独自技術
有機イオン
ヨウ化物イオン錫

一般式：ABX3
A: 有機アンモニウムイオンMeNH3+、無機イオン Cs+など
B: Pb2+, Sn2+
X: I-, Br-, Cl錫イオンの欠損防止• Ge2+イオンのドーピングにより欠陥密度の減少に成功
結J. Phys. Chem. Lett., 2018, 9, 1682-1688,
晶
Nano Energy 2019, 58, 130-137
欠
陥 • バンドエネルギーの最適化により深い電荷トラップ密度を低減
密することに成功
度
Nano Energy, 2020, 74, 104858,減
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 31105-31110.
少ヨウ素イオンの欠損防止• 粒界をNH2-(CH)2-(CH)2-NH2でパッシベーションし欠陥密度の減少に成功
J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 5277-5283.

45

世界の（鉛フリー）スズペロブスカイト太陽電池効率と電通大技術
鉛フリーペロブスカイト太陽電池の光電変換効率向上推移と独自技術

JST 未来社会創造・探索研究・
地球規模課題である低炭素社会の実現・成果
特性（光電変換効率）でも世界をリード
鉛フリー型太陽電池開発の最先端技術により世界最高値（13.2%）を達成 (2020年)

電通大特許提案
WO2019/139153
ペロブスカイト化合物およびこれを用いた光電変換素子

Geドーピング

2013

2015

2017

2019 2020

鉛を含まないペロブスカイト太陽電池の課題は高効率化である。錫イオンを含むペロブスカイト太陽電池の光電変換層にGeイオンをドープすることにより、安定性、効率を向上させることができる。

３年で5%→13%に向上

5

独自技術の「高純度化技術」、「プロセス技術」、「結晶欠陥密度減少技術」をさらに発展させ２０％を達成する。技術課題は鉛ペロブスカイトと同じであり、同様の効率向上が期待できる。
5

想定される用途
軽量・フレキシブルで達成される太陽電池の新たな市場
参考 太陽電池の累積導入量（日本）：63GW (20019)；大型タービン発電一基 1GW

応用分野

具体例

内容

市場規模

参照

ソーラーシェアリング
（農電併産）

日本市場：1.2兆円
農地の0.5%を利用と仮定

低炭素社会戦略センター太陽光発電システム（Vol.5）

壁面設置（シースルー）

集合住宅の壁（垂直設置）

日本市場：30GW（約１－２兆円）（システム価格）

屋上設置（15GW)

移動体

車載用電源
ハイブリッド車

世界市場：500万台(2025年）約1兆円
以上

ソーラーシェアリング

****J. Phys.: Conf. Ser. 379 012002,(2012)**https://global.toyota/jp/newsroom/corporate/28781301.html

6

封止形態の違い
フレキシブル太陽電池と円筒形太陽電池

圧着フイルム封止

封止フイルム

光電変換フイル
ム

発電フイルム
挿入

完全ガラス
封止

外部接続
端子

発電フイルム封止フイルムフイルムで大面積封止

フレキシブル・ペロブスカイトPV

円筒形ガラスで完全封止

円筒形ペロブスカイトPV

7円筒形太陽電池とは
Cell

Module30cm

30 cm

Cylindrical solar cell

60cm
90cm
120cm

120 cm100 cmFlat solar cell
(Conventional)
15-20 cm

100 cm8

モジュールサイズと出力Now30cm
60cm
90cm

120cm

Length(cm)

Output(W)

Module size(m3)3020

1.6×0.38×0.05

60

40

1.6×0.68×0.05

9060

1.6×0.98×0.05

120

80

1.6×1.28×0.05

Target on our project
Length(cm)Output(W)

Module size(m3)3060

1.6×0.38×0.05

60

120

1.6×0.68×0.05

90

180

1.6×0.98×0.05

120

240

1.6×1.28×0.05
9円筒形太陽電池の利点
Flat Si solarcells

Cylindricalsolar cells

Module weight(kg/m2)

12～16

4.2

Durability to wind andsnow×○MountHeavy

Light

Installation

HardEasyWind pressure

J. Phys.: Conf. Ser.
379 012002,(2012)

Installed and changed easily
just like Fluorescent light

Mount for cylindricalsolar cells

10円筒形太陽電池の利点
一日の全発電量が平板型太陽電池よりも多い

Flat solar cells(Conventional)

Direction of incident
light generating
electric power

Totalelectric
power ina day(relative)

Only light from upside

1.0

Cylindricalflat

Cylindricalsolar cells

Light from all angles

1.5
Electric power generation in a day(Cells with the same efficiency (8%))

11実用化に向けた課題と企業への期待
小面積セルの高効率化
電気通信大学
円筒形封止（株式会社フジコー）

フレキシブル
光電変換シート
大面積化（求・産学連携）

フイルム封止フレキシブル太陽電池

挿入

完全ガラス封止

半自動円筒形太陽電池セル製造装置(CKD 株式会社 )

プラグ

新市場

モジュール
J. Phys.: Conf. Ser.
379 012002,(2012)

太陽電池システム（ウシオ電機株式会社）12

本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：ペロブスカイト化合物およびこれを用いた光電変換素子• 出願番号 ：WO2019/139153• 出願人：電気通信大学
：早瀬修二
• 発明者
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お問い合わせ先
電気通信大学 産学官連携センター
産学官連携ワンストップサービス
ＴＥＬ 042-443-5871
e-mail onestop@sangaku.uec.ac.jp

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