変換効率15％突破！中国の次世代太陽電池研究に新たな進展

中国科学院青島バイオエネルギー・プロセス研究所の研究チームはこのほど、新型太陽電池材料において光電変換効率15％超を達成し、国際的権威機関による認証を取得した。関連成果は、エネルギー・材料分野の国際学術誌「ネイチャー・エナジー（Nature Energy）」に掲載された。中央テレビニュースが伝えた。

この技術の中核材料は、銅・亜鉛・スズ・硫黄・セレン（略称CZTSSe）だ。この材料は、原料の供給源が広く、主要元素が地殻中に豊富に存在し、希少金属に依存せず、材料コストが低い。さらに、溶液法による製造が可能で製造コストも抑えられ、薄膜型電池であるため材料使用量も少ない。このほか、有害元素を含まない安全・環境配慮型材料であり、大規模応用に適し、複雑な環境下でも性能を維持できる。これらの利点から、CZTSSe太陽電池は有望な次世代太陽電池技術として期待されている。

しかし、この材料は「素性は優れている」一方で、長年にわたり研究者を悩ませてきた重大な課題がある——高温製造プロセスにおいて、材料内部の金属イオンが自由に動き回りやすいことだ。これは家を建てる際にレンガや鉄筋が勝手に動き回るようなもので、結果として構造が不安定になり、性能も向上しない。これがCZTSSe太陽電池の変換効率が長らく伸び悩んできた重要な要因でもあった。

この問題を解決するため、同研究チームは材料内部に「界面相」と呼ばれる層を導入し、「交通整理役」として機能させた。Li₂SnS₃と呼ばれるこの特殊構造は、重要な反応過程において金属イオンを正しい経路へ誘導し、結晶構造をより均一かつ安定なものにすることで、「自由に動き回る材料」を正しい配置へと整列させる効果が得られる。

この手法により、結晶粒はより大きく、より整然と成長し、材料内部の欠陥が大幅に低減され、発電性能が根本的に向上した。新たなメカニズムにより、研究チームは一連の重要な成果を達成している。光電変換効率は15.45％に達し、国際的な第三者認証による効率は15.04％を記録。さらに、比較的狭いバンドギャップ条件下で、開放電圧が初めて600mVを突破し、このタイプの光電変換素子の性能ボトルネックの解決に新たな方向性を示した。材料成長メカニズムの観点からも、「イオン移動―欠陥―性能」の関係を初めて体系的に解明。これらの成果は、将来の産業化応用に向けた強固な基盤を築いた。世界的なエネルギートランスフォーメーションが加速する中、この成果は将来のクリーンエネルギーシステムにおいて重要な役割を果たし、グリーン・低炭素発展に向けた新たなソリューションを提供することが期待されている。（編集YF）

「人民網日本語版」2026年2月27日