ペロブスカイト太陽電池 (PSC) は、その卓越した太陽光発電性能と手頃な価格で知られています。しかし、電荷輸送材料のコストが高いことが、依然として商業化への大きな障害となっている。2,2',7,7'-テトラキス[N,N-ジ(4-メトキシフェニル)アミノ]-9,9'-スピロビフルオレン (Spiro-OMeTAD) などの従来の材料は、高価であり、製造が複雑です。

したがって、PSC の経済性を高めるには、低コストで効率的な代替品の開発が不可欠です。これらの問題に対処することは、太陽光発電技術を進歩させ、より広範な普及を達成するために重要です。したがって、この研究は、これらの障壁を克服し、PSCの商業的可能性を高めるための、コスト効率の高い正孔輸送材料の作成に焦点を当てています。

華橋大学と曲撫師範大学の研究者らは、太陽エネルギー分野における先駆的な進歩を発表した。彼らの研究は、出版された2024年6月の雑誌掲載エネルギー材料・デバイスは、n-i-p PSC の効率を再定義する可能性のある 3 つの新しい正孔輸送材料を紹介しています。綿密に設計および合成されたこれらの材料は、太陽電池性能の現在のベンチマークを超える可能性を秘めた顕著な特性を示し、再生可能エネルギーの将来に向けた有望な一歩を提供します。

この研究では、3 つのコスト効率の高い正孔輸送材料 (HTM)、4,4'-(3,3'-ビス(4-メトキシ-2,6-ジメチルフェニル)-[2,2'-ビチオフェン]-) の開発について紹介します。5,5'-ジイル)ビス(N,N-ビス(4-メトキシフェニル)アニリン) (TP-H)、4,4'-(3,3'-ビス(4-メトキシ-2,6-ジメチルフェニル)-[2,2'-ビチオフェン]-5,5'-ジイル)ビス(3-メトキシ-N,N-ビス(4-メトキシフェニル)アニリン) (TP-OMe)、および 4,4'-(3,3'-ビス(4-メトキシ-2,6-ジメチルフェニル)-[2,2'-ビチオフェン]-5,5'-ジイル)ビス(3-フルオロ-N,N-ビス(4-メトキシフェニル)アニリン)(TP-F)、ビチオフェンコアを使用。これらの材料は、PSC での効果的な正孔輸送に不可欠な分子の結晶性と溶解性を高めるように設計されています。

特にTP-Fは、電力変換効率(PCE) は 24% を超えており、これはフッ素原子の置換によるもので、これにより分子間の充填が強化され、最高被占分子軌道 (HOMO) エネルギー準位が低下し、正孔の移動度と伝導性が向上しました。これらの改善により、PSC の欠陥状態が減少し、トラップを介した再結合が最小限に抑えられました。

この研究は、効率的で低コストの HTM を作成するための 3,3'-ビス(4-メトキシ-2,6-ジメチルフェニル)-2,2'-ビチオフェン コア構造の可能性を強調し、PSC 技術と舗装における大幅な進歩を実証しています。より商業的に実行可能な太陽エネルギーソリューションへの道。

この研究の主導的研究者であるウェイ・ガオ博士は、「これらの新しいHTMの開発は、PSCをより商業的に実現可能にするための重要な一歩を示している。これらの材料の効率の向上とコストの削減により、太陽光発電におけるPSCの採用が加速する可能性がある」と述べた。エネルギー市場に貢献し、より持続可能でコスト効率の高いエネルギー ソリューションを提供します。」

この研究は、高効率、低コストの PSC の商業生産に新たな道を開くものであり、その意義は極めて大きい。TP-F を PSC に統合することに成功したことは、これらの材料が大幅なコスト削減の可能性を示しています。生産コスト維持しながら高性能。この進歩は、太陽エネルギー技術の幅広い採用につながり、持続可能なエネルギー開発における世界的な取り組みに貢献し、化石燃料への依存を減らす可能性があります。

詳細情報:Lang Liら、効率的なナノペロブスカイト太陽電池用のビチオフェンベースの費用対効果の高い正孔輸送材料、エネルギー材料・デバイス（2024年）。DOI: 10.26599/EMD.2024.9370036

提供元清華大学出版局