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KAIST、高効率のコロイド状量子ドット太陽電池を開発

量子ドット発光素子、有機電子素子、ペロブスカイト素子などにも応用可能


大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)はEEWS大学院のイ・ジョンヨン教授研究チームが酸素と水分に抵抗性をもつ薄膜を利用して高性能で安定性の高い量子ドット太陽電池を開発したと6月7日に発表した。

コロイド状量子ドット太陽電池は非常に軽く柔軟で近赤外線領域まで吸収する特性により次世代電子素子のエネルギー素材として注目されている。最近では変換効率が向上して多様な商業的応用の可能性が高まっているが、効率と安定性、コストの面で既に商用化されている太陽電池に比べて競争力が不足していた。

研究チームは非晶質の単分子薄膜が酸素や水分に高い抵抗性をもつ点に注目し、これを量子ドット太陽電池の外部電極側の正孔選択層に活用する技術を開発した。

酸素と水分に抵抗性の高い膜を外部電極側に活用すれば空気中に露出した際に酸素や水分の浸透を効果的に防いで量子ドット太陽電池素子の安定性を向上できる。この単分子薄膜は有機半導体蒸着を通じて電気伝導度を大幅に向上できるため単純なバリア層ではなく太陽電池で生成された正孔を効果的に伝達する役割も果たす。

研究チームの技術は多くの長所をもつ。まず真空蒸着方式を利用することで素子の種類と関係なくいかなる薄膜素子にも応用が可能。また厚さを自由に調節することで薄膜のもつ酸素と水分の遮断特性を極大化できる。また量子ドット層で生成された正孔を電極まで効果的に伝達し、高価な金電極を性能が低下することなく安価な銀電極に代替できるので素子の生産コストを抑えられる。

研究チームは本技術を用いて高性能で安定性の高い量子ドット太陽電池を製造することに成功した。この太陽電池は既存の金電極を使用して製造した高効率量子ドット太陽電池に比肩する効率を示した。

研究チームは単分子薄膜を利用した量子ドット太陽電池を製造して約11.7%の最高効率を達成した。また酸素と水分への抵抗性を確保し素子を空気中で保管する際に約1年が経過しても初期効率の90%以上を維持できることが確認された。

研究に当ったイ・ジョンヨン教授は「量子ドット太陽電池だけでなく量子ドット発光素子、有機電子素子、ペロブスカイト素子などさまざまな分野に応用できるだろう。安価で効率の高い量子ドット太陽電池を製造して早期商用化に寄与できるものと思う」と話している。

研究結果は国際学術誌『Energy & Environmental Science』電子版に5月10日付で掲載された。





[2018-06-12]

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