鹵化金屬鈣鈦礦型太陽能電池的代表——甲基氨基碘化鉛

　　日本物質(zhì)及材料研究機(jī)構(gòu)（NIMS）的納米材料科學(xué)環(huán)境基地（GREEN）于2015年1月7日在東京舉行了“第9屆納米材料科學(xué)環(huán)境基地研討會”，并在會上宣布，關(guān)于最近備受關(guān)注的鈣鈦礦型太陽能電池，已建立起了相關(guān)研發(fā)體制。

　　GREEN副主任、鈣鈦礦型太陽能電池特別基地小組負(fù)責(zé)人宮野健次郎介紹了成立該小組的原委：“2009年鈣鈦礦型太陽能電池的高效率化研究成果發(fā)表以后，尤其是最近兩年，世界各國的研發(fā)團(tuán)隊(duì)接連發(fā)表了實(shí)現(xiàn)更高效率的研究成果，刮起了一陣研發(fā)旋風(fēng)。在這種背景下，2014年10月14日，我們在2009年10月設(shè)立的GREEN中設(shè)立了鈣鈦礦型太陽能電池特別基地小組。”

　　GREEN是為了利用納米技術(shù)研發(fā)環(huán)境技術(shù)而設(shè)立的，一直把太陽能電池作為綠色創(chuàng)新的重要技術(shù)，開展光電轉(zhuǎn)換原理分析、光電轉(zhuǎn)換高效率化及探索新材料方面的研究。宮野稱：“鹵化金屬鈣鈦礦型太陽能電池盡管制作方法簡單，但卻顯示出一定程度的高發(fā)電效率，相關(guān)研究成果連接發(fā)表，高效率化還在繼續(xù)推進(jìn)。”與現(xiàn)在已推出產(chǎn)品的晶體及非晶Si（硅）類，以及CICS（化合物）類等太陽能電池相比，鈣鈦礦型太陽能電池“尚在研究開發(fā)階段，因此設(shè)立了相關(guān)研發(fā)基地”。

　　目前，特別研究小組正在探索鹵化金屬鈣鈦礦型太陽能電池的代表——甲基氨基碘化鉛（CH3NH3PbI3）等太陽能電池的制造方法。小組負(fù)責(zé)人白井康裕介紹說：“我們在考慮離子性晶體的化學(xué)方面的問題的同時(shí)，使用通常的固體物性的研究方法和計(jì)測手段，對使用鹵化金屬鈣鈦礦的太陽能電池為何具有高效率等高性能發(fā)揮機(jī)制展開了研究。”

　　鹵化金屬鈣鈦礦型太陽能電池是在140℃以下的低溫下利用溶液工藝制作的。這種太陽能電池目前采用的結(jié)構(gòu)是，在銀層上層疊鈣層、PCBM（富勒烯衍生物）層、甲基氨基碘化鉛層、PEDOT˙PSS（高分子聚合物）、ITO（銦錫氧化物）玻璃，從ITO玻璃層射入陽光。“通過優(yōu)化溶液工藝等成膜條件，現(xiàn)在光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到10～12％，實(shí)現(xiàn)了良好再現(xiàn)性”（白井）。

　　在對研究小組試制的鹵化金屬鈣鈦礦型太陽能電池發(fā)電時(shí)的電流和電壓進(jìn)行測量時(shí)，一度存在電流及電壓特性因掃描方向及速度而異的問題，但現(xiàn)在該問題已得到解決。白井表示，“已經(jīng)確立了計(jì)測太陽能電池的電流及電壓特性的基礎(chǔ)技術(shù)”。另外已確認(rèn)，即使連續(xù)照射光，也不會引起太陽能電池的電流及電壓特性因掃描方法及速度而不同的現(xiàn)象。白井強(qiáng)調(diào)稱，這樣“便可驗(yàn)證多種鹵化金屬鈣鈦礦型太陽能電池的特征”，相關(guān)研究體制也就建立起來了。

　　另外，宮野介紹了試制的鹵化金屬鈣鈦礦型太陽能電池，表示正在利用以標(biāo)準(zhǔn)pin結(jié)的“無機(jī)半導(dǎo)體模型”這一簡單模型進(jìn)行近似的方法，提取各種參數(shù)。”