2009年に方解石薄膜セルが登場し始めた頃は変換効率はわずか3.8%でしたが、急速に向上し、2018年には実験室での効率は23%を超えました。カルコゲニド化合物の基本分子式はABX3で、A位置は通常、Cs+やRb+などの金属イオン、または(CH3NH3)、[CH(NH2)2]+などの有機官能基です。B位置は通常、Pb2+やSn2+イオンなどの二価陽イオンです。X位置は通常、Br-、I-、Cl-などのハロゲン陰イオンです。化合物の構成要素を変更することで、カルコゲニド化合物の禁制帯幅は1.2～3.1 eVの間で調整可能です。短波長で高効率なカルコゲナイドセルによる光電変換を、異種結晶シリコンセルなど長波長で優れた変換性能を持つセルに重ね合わせることで、理論的には30%を超える光電変換効率が得られ、結晶シリコンセルの理論変換効率の限界である29.4%を突破できる。2020年には、この積層型電池はドイツのベルリン・ハイムホルツ研究所で既に29.15%の変換効率を達成しており、カルコゲナイド-結晶シリコン積層セルは次世代の主要な電池技術の1つと考えられている。
カルコゲナイド膜層は2段階法で実現した。まず、多孔質Pbl2膜とCsBr膜を共蒸着法によりふわふわした表面を持つヘテロ接合セルの表面に成膜し、次にスピンコーティング法により有機ハロゲン化物溶液（FAI、FABr）で覆った。有機ハロゲン化物溶液は蒸着された無機膜の細孔に浸透し、150℃で反応・結晶化してカルコゲナイド膜層を形成する。得られたカルコゲナイド膜の厚さは400～500nmであり、電流整合を最適化するために下層のヘテロ接合セルと直列に接続した。カルコゲナイド膜上の電子輸送層は、熱蒸着法によりLiFとC60を順次成膜し、続いて原子層堆積法によりバッファ層であるSnO2を成膜し、マグネトロンスパッタリング法により透明前面電極としてTCOを成膜した。この積層型セルの信頼性はカルコゲナイド単層セルよりも優れているが、水蒸気、光、熱といった環境要因に対するカルコゲナイド膜の安定性は、依然として改善が必要である。
投稿日時：2023年10月20日