日本NIMS建立钙钛矿型太阳能电池研发体制

日本物质及材料研究机构(NIMS)的纳米材料科学环境基地(GREEN)于2015年1月7日在东京举行了“第9届纳米材料科学环境基地研讨会”，并在会上宣布，关于最近备受关注的钙钛矿型太阳能电池，已建立起了相关研发体制。

 

GREEN 副主任、钙钛矿型太阳能电池特别基地小组负责人宫野健次郎介绍了成立该小组的原委：“2009年钙钛矿型太阳能电池的高效率化研究成果发表以后，尤其是最近两年，世界各国的研发团队接连发表了实现更高效率的研究成果，刮起了一阵研发旋风。在这种背景下，2014年10月14日，我们在2009年10月设立的GREEN中设立了钙钛矿型太阳能电池特别基地小组。”

GREEN是为了利用纳米技术研发环境技术而设立的，一直把太阳能电池作为绿色创新的重要技术，开展光电转换原理分析、光电转换高效率化及探索新材料方面的研究。宫野称：“卤化金属钙钛矿型太阳能电池尽管制作方法简单，但却显示出一定程度的高发电效率，相关研究成果连接发表，高效率化还在继续推进。”与现在已推出产品的晶体及非晶Si(硅)类，以及CICS(化合物)类等太阳能电池相比，钙钛矿型太阳能电池“尚在研究开发阶段，因此设立了相关研发基地”。

目前，特别研究小组正在探索卤化金属钙钛矿型太阳能电池的代表—— 甲基氨基碘化铅(CH3NH3PbI3，图1)等太阳能电池的制造方法。小组负责人白井康裕介绍说：“我们在考虑离子性晶体的化学方面的问题的同时，使用通常的固体物性的研究方法和计测手段，对使用卤化金属钙钛矿的太阳能电池为何具有高效率等高性能发挥机制展开了研究。”

卤化金属钙钛矿型太阳能电池是在140℃以下的低温下利用溶液工艺制作的。这种太阳能电池目前采用的结构是，在银层上层叠钙层、PCBM(富勒烯衍生物)层、甲基氨基碘化铅层、PEDOT˙PSS(高分子聚合物)、ITO(铟锡氧化物)玻璃，从ITO玻璃层射入阳光。“通过优化溶液工艺等成膜条件，现在光电转换效率已达到10～12%，实现了良好再现性”(白井)。

在对研究小组试制的卤化金属钙钛矿型太阳能电池发电时的电流和电压进行测量时，一度存在电流及电压特性因扫描方向及速度而异的问题，但现在该问题已得到解决。白井表示，“已经确立了计测太阳能电池的电流及电压特性的基础技术”。另外已确认，即使连续照射光，也不会引起太阳能电池的电流及电压特性因扫描方法及速度而不同的现象。白井强调称，这样“便可验证多种卤化金属钙钛矿型太阳能电池的特征”，相关研究体制也就建立起来了。

另外，宫野介绍了试制的卤化金属钙钛矿型太阳能电池，表示正在利用以标准pin结的“无机半导体模型”这一简单模型进行近似的方法，提取各种参数。”