次世代太陽電池の劣化問題、理論計算で解明：実用化に近づくペロブスカイト太陽電池（2/2 ページ）

物質・材料研究機構（NIMS）の館山佳グループリーダーらによる研究グループは、ペロブスカイト太陽電池の劣化問題について、陽イオン分子の拡散が大きな影響を与えていることを、原子レベルからの理論計算により突き止めた。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

劣化速度やヒステリシスの軽減に成功

　また、今回の研究成果で、ヨウ化物イオンはMAPbI₃、FAPbI₃ともに、拡散障壁が約0.45eVであり、室温で容易に移動することを示した。さらにMA⁺イオンが0.57eV、FA⁺イオンでも0.61eV程度の拡散障壁しか持たないことが分かった。この数値は、陽イオン分子も容易に拡散することを示すものだという。

メチルアンモニウムヨウ化鉛内におけるMA⁺イオン（中央上）とI^-イオン（中央下）の拡散経路の模式図。赤色の状態から白色の経路を通って青色の状態に到達する （クリックで拡大） 出典：NIMS

　さらに、これまで議論されてきた陽イオン分子のペロブスカイト構造Aサイト内での回転に加えて、空孔媒介により隣のAサイトに容易に移動/拡散することも新たに示した。このことで発電時にペロブスカイト材料に電場が誘起される際に、さらに促進されることを予見することができるという。

　陽イオンの移動や流出/流入は、ペロブスカイト材料の安定性に大きなダメージを与えることが予測され、劣化が速いことや変換効率測定におけるヒステリシス出現の、原子レベルでの主要な起源となることが明らかとなった。

　研究チームは今回の成果に基づき、陽イオン分子をより大きいサイズに置換することで拡散を抑制するなどの方法が、劣化やヒステリシスの抑制に有効であることを提案した。さらに、媒介する空孔数を減らした結晶性の良い粒の生成も劣化やヒステリシスの抑制に重要であることを指摘した。研究チームが提案するペロブスカイト材料を使用した最近の実験では、劣化速度やヒステリシスの軽減に成功しているという。

　今後は大気環境や連続光照射など、より実用的な環境条件下における耐久性や安定性について、既にNIMS内で取り組んでいる新規ペロブスカイト太陽電池開発の実験研究と連携しながら、原子レベル機構の研究を進めていく方針である。