太陽エネルギーは、進行中のエネルギー危機と気候変動に対する人類の最善の策の 1 つです。太陽電池パネルが野原でも都市部の屋上でも魅力的なエネルギーソリューションとなる中、科学者は既存の太陽光発電技術を進歩させ、持続可能性の新たな高みを達成するために熱心に取り組んでいます。多くの種類の太陽電池材料が研究されていますが、ペロブスカイトは、低コスト生産と高効率の可能性があるため、間違いなく最も有望なものの一つです。

特に、ハロゲン化スズペロブスカイト (Sn-HP) は、非常に高性能な鉛 (Pb) ベースのペロブスカイトの強力な代替品として機能します。Sn は Pb よりも環境への毒性が大幅に低いことを考えると、Sn-HP の研究は価値のある取り組みです。残念ながら、ペロブスカイト太陽電池Sn-HP から作られた (PSC) には、対処する必要があるいくつかの課題が依然として残されています。

具体的には、製造中の急速で無秩序な結晶化により、ペロブスカイト層の結晶構造に欠陥が形成され、変換効率が妨げられます。さらに、Sn-HP は安定性が低く、湿気や周囲条件の影響を受けやすいため、Sn-HP から製造される PSC の全体的な寿命が制限されます。

しかし今回、韓国の研究チームがこれらの問題に対する洗練された効率的な解決策を見つけたかもしれない。彼らの研究は最近、先端エネルギー材料中央大学のカン・ドンウォン准教授が指導しました。この研究で、研究チームは、Sn-HP の製造中に添加剤として 4-フェニルチオセミカルバジド (4PTSC) を導入すると、PSC の性能を向上できることを明らかにしました。

通常の Sn-HP PSC と提案された添加剤を含む PSC との間の広範な分析と実験比較を通じて、研究者らは添加剤としての 4PTSC の複数の機能を実証しました。

「私たちは、配位錯体および還元剤として機能し、欠陥形成を不動態化し、安定性を向上させる多機能性分子を意図的に選択しました」と Kang 氏は説明します。しかし、これは何を意味するのでしょうか？

4PTSC は配位リガンドとして機能するため、結晶成長のプロセスを効果的に制御できます。一方では、4PTSC 分子内の β 共役フェニル環が優先的な結晶成長配向を促進し、欠陥の形成を最小限に抑えます。興味深いことに、4PTSC は、4PTSC と SnI の化学的配位によって形成される欠陥も不動態化します。₂。

これにより、ペロブスカイト表面を保護し、Snの未配位化を防止²⁺ハロゲン化物イオンが望ましくない反応に関与するのを防ぎます。さらに、「NH」₂4PTSC の求核部位が SnI をさらに妨げる₂酸化とイオン移動を抑制し、PSC の安定性を向上させます。

この強力な添加剤のおかげで、研究者たちは前例のない性能を備えた PSC を製造することができました。「4PTSC で改良されたデバイスは、0.94 V の強化された開放電圧で 12.22% のピーク効率を達成し、優れた長期安定性を示し、500 時間後でも約 80% の初期電力変換効率のほぼ 100% を維持しました。」1200時間後周囲条件カプセル化なしで。これは、最初の 300 時間以内に制御デバイスで観察された顕著な劣化とは異なります」と Kang 氏は強調します。

Sn-HP は比較的安価に製造でき、良好な性能と優れた耐久性を実証していることを考えると、この研究の結果は、より入手しやすく、長持ちする Sn-HP への道を開く可能性があります。ソーラーパネル。これは、現在の持続可能性目標に沿った状態を維持しながら、一般の人々にとってエネルギーを安価にするのに役立ちます。

「Sn-HP の主要な課題に対処し、そのパフォーマンスを大幅に向上させることは、効率的で持続可能な再生可能エネルギー ソリューションの開発に貢献し、それによってグリーン テクノロジーを進歩させ、持続可能な未来を促進するという私たちの目標と一致します。」と Kang 氏は結論づけています。

提供元中央大学