光を電気に変換する太陽光発電（PV）技術は、再生可能エネルギーを生成するために世界中でますます応用されています。香港科技大学（HKUST）工学部の研究者らは、ペロブスカイト太陽電池の効率と耐久性を大幅に向上させる分子処理を開発した。彼らの画期的な進歩により、このクリーン エネルギーの大規模生産が加速する可能性があります。

解決策の鍵は、ハロゲン化物ペロブスカイトの性能と寿命を決定する重要なパラメータの特定に成功したことでした。ハロゲン化物ペロブスカイトは、その独特な結晶構造により、PV デバイスで最も有望な材料の 1 つとして浮上している次世代太陽光発電材料です。調査結果は、科学。

電子コンピュータ工学科および先端ディスプレイおよびオプトエレクトロニクス技術の州重点研究所のリン・イェンフン助教授が率いる研究チームは、さまざまなパッシベーション方法を調査した。化学プロセスこれにより、欠陥の数が減少したり、材料における欠陥の影響が緩和されたりするため、これらの材料を含むデバイスの性能と寿命が向上します。彼らは不動態化のための「アミノシラン」分子ファミリーに焦点を当てました。ペロブスカイト太陽電池。

「過去10年間、ペロブスカイト太陽電池の効率を向上させるには、さまざまな形での不動態化が非常に重要でした。しかし、最高の効率をもたらす不動態化ルートは、長期的な動作安定性を実質的に改善しないことがよくあります」とリン教授は説明した。

研究チームは、さまざまな種類のアミン（第一級、第二級、第三級）とその組み合わせが、多くの欠陥が形成されるペロブスカイト膜の表面をどのように改善できるかを初めて示した。彼らは、「ex-situ」（動作環境の外）と「in-situ」（動作環境内）の両方を使用してこれを達成しました。動作環境) 分子とペロブスカイトの相互作用を観察する方法。そこから、彼らはフォトルミネッセンス量子収率（PLQY）、つまり材料の励起中に放出される光子の量を大幅に増加させ、欠陥が少なく品質が向上していることを示す分子を特定しました。

「このアプローチは、異なるバンドギャップを持つ光活性材料の複数の層を組み合わせるタンデム型太陽電池の開発にとって極めて重要です。この設計は、各層で太陽光の異なる部分を吸収することで太陽スペクトルの利用を最大化し、全体的な効率の向上につながります。」

林教授はこう語った。

太陽電池のデモンストレーションでは、チームは中程度（0.25 cm）のデバイスを製造しました。2^{) と大きい (1 cm2}) サイズ。^{この実験では、広範囲のバンドギャップにわたって低い光電圧損失が達成され、高電圧出力が維持されました。}これらのデバイスは、熱力学的限界の 90% を超える高い開路電圧に達しました。

既存の文献からの約 1,700 セットのデータに対してベンチマークを行ったところ、その結果は、エネルギー変換効率の点でこれまでに報告された中で最高のものの 1 つであることがわかりました。

さらに重要なことに、この研究は、太陽電池の標準化された試験手順である有機太陽電池に関する国際サミット (ISOS)-L-3 プロトコルの下で、アミノシラン不動態化電池の顕著な動作安定性を実証しました。

セルの老化プロセスが開始されて約 1,500 時間経過しても、最大電力点 (MPP) 効率と電力変換効率 (PCE) は高いレベルを維持しました。最もよく不動態化されたセルが初期値の 95% に減少する場合、チャンピオン MPP 効率とチャンピオン PCE はそれぞれ 19.4% と 20.1% と記録され、報告された最高のメトリクス (バンドギャップを考慮した場合) と最長のメトリクスの中で記録されました。現在まで。

リン教授は、その処理プロセスがペロブスカイト太陽電池の効率と耐久性を高めるだけでなく、工業規模の生産にも適合すると強調した。

「この処理は、半導体業界で広く使用されているHMDS（ヘキサメチルジシラザン）下塗りプロセスに似ています」と同氏は述べた。「このような類似性は、私たちの新しい方法が既存の製造プロセスに簡単に統合でき、商業的に実行可能であり、大規模な応用の準備ができていることを示唆しています。」

チームには電子およびコンピュータ工学の博士号も含まれていました。学生のCao Xue-Li、先進ディスプレイおよびオプトエレクトロニクス技術の州主要研究所のシニアマネージャーであるFion Yeung博士、およびオックスフォード大学とシェフィールド大学の共同研究者。