「発電する窓」に応用も CQD太陽電池を安価に量産できる技術：大面積モジュールで変換効率10.0％

電気通信大学の研究グループは、東京大学や中国の蘇州大学との共同研究により、コロイド量子ドット（CQD）インクを用いた太陽電池を、大量かつ安価に製造できる技術を開発した。試作した大面積モジュールで変換効率10.0％を達成した。「発電する窓ガラス」や「着る太陽電池」などへの応用を想定している。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

印刷量子ドット薄膜中の形態欠陥を初めて直接可視化

　電気通信大学の研究グループは2026年5月、東京大学や中国の蘇州大学との共同研究により、コロイド量子ドット（CQD）インクを用いた太陽電池を、大量かつ安価に製造できる技術を開発したと発表した。試作した大面積モジュールでは変換効率10.0％を達成した。「発電する窓ガラス」や「着る太陽電池」などへの応用を想定している。

　CQDはナノサイズの半導体粒子で、粒子の大きさによって光を吸収・発光する性質が変わる。これをインクのように塗るだけで、太陽電池や発光素子などを作製することができる。ただ、実用化に向けては材料コストが高いことや、インクの長期安定性などに課題があった。

　研究グループは今回、硫化鉛（PbS）を用いて量子ドットインクを直接合成する手法で、インクの製造コストを大幅に削減した。具体的には、豊富なヨウ素を溶媒中に含ませる独自の「溶液化学エンジニアリング（SCE）」を開発し採用した。量子ドット表面に強固なバリア（シェル）構造を形成することで、インクの長期安定性を実現することに成功した。

　今回の研究では、超低温PLマッピングと断面TEM観察によって、印刷量子ドット薄膜中の形態欠陥を直接可視化することに初めて成功した。この結果、その起源が量子ドットのエピタキシャル融合にあることを明らかにした。

　開発した量子ドットインクを用いて試作した太陽電池は、エネルギー変換効率が小型セル（0.04cm²）で13.40％、面積が12.60cm²のモジュールでも10.0％を達成した。材料コストは1Wピーク当たり0.06米ドル（約9円）未満に抑えることが可能だという。また、1200時間以上の連続使用後も、初期効率の90％以上を維持できることを確認した。

インクの安定化メカニズムと成膜プロセス［クリックで拡大］ 出所：電気通信大学

　今回の成果は、電気通信大学大学院情報理工学研究科基盤理工学専攻の沈青教授とShi Guozheng研究員（当時）、東京大学先端科学技術研究センターの久保貴哉特任教授、瀬川浩司シニアリサーチフェロー（当時は東京大学大学院総合文化研究科教授）および、中国・蘇州大学のMa Wanli教授らによるものである。