電気通信大学、東京大学、中国の蘇州大学らの研究グループは、次世代太陽電池材料として期待されている「コロイド量子ドット（CQD）インク」の安定性を高め低コストで製造するための技術を開発した。電気通信大学が、2026年5月13日に発表した。
・大面積モジュールで変換効率10.0％を記録
・材料コストを1Wp（ワットピーク）あたり0.06ドル未満に
電気通信大学らが開発したインクの安定化メカニズムと製膜プロセスのイメージ
CQDインクは、直径数ナノメートルの半導体微粒子を溶媒に分散させた液体材料で、インクのように塗ることができる。この特性により、軽量で曲げられる太陽電池を製造するための材料として期待されており、将来的に、ビルの窓ガラスやウェアラブル機器、災害時の電源シートなどへの応用が期待されるという。しかし、これまでは量子ドットインクが不安定なため、それを大面積に均一に塗布することが困難だった。高価な材料を使用すれば安定性を高めることができるが、製造コストが上がるという課題を抱えていた。
こうした課題を解決するため、電気通信大学の沈青 教授、Shi Guozheng 客員研究員（研究当時）ら研究グループと、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（研究当時：東京大学大学院 総合文化研究科 教授）、蘇州大学のMa Wanli教授の研究グループは、CQDインクの製造コスト削減と大面積化に伴う効率低下という課題を同時に解決する技術を開発した。
今回の研究では、硫化鉛（PbS）を用いて安価にCQDインクを製造する「直接合成法」を基に、溶媒中にヨウ素を豊富に含ませる「溶液化学エンジニアリング」を開発した。同技術は、量子ドット表面にマイナスの電荷を帯びた厚いイオンの層（シェル）を形成し、インク内でのドット同士の合体を防ぐ。これにより、膜の形成時にムラなく均一に広げることを可能にしたとする。
同技術で製造したCQDインクは粒子が均一に分散しており、厚みを一定に保った膜を一度の印刷工程で広い面積に形成できるという。検証の結果、0.04cm2の小型セルで13.40％、12.60cm2のモジュールで10.0％のエネルギー変換効率を記録したとする。1200時間以上の連続使用後も、初期効率の90％以上を維持したとする。さらに、材料コストを1Wp（ワットピーク）あたり0.06ドル未満に抑えることが可能だとしている。
また、研究グループは、超低温PLマッピング技術や断面TEM解析を用いて、印刷薄膜中の形態欠陥に由来する発光を直接観測することにも成功した。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確認したとする。
本研究成果は、エネルギー分野の学術誌「Nature Energy」に掲載された。
今後、電気通信大学と東京大学は共同研究を継続し、大面積化に向けた検討を進める。
参考資料： 電気通信大学
