保護コーティングによりペロブスカイト太陽電池の寿命が2倍に

ノースウェスタン大学が率いる科学者らは、太陽光発電業界に革命を起こす可能性のある画期的な成果として、ペロブスカイト太陽電池用の新しい保護コーティングを開発しました。この進歩により、これらのセルの動作寿命が大幅に延び、幅広い実用化が可能になります。

ペロブスカイト太陽電池は、従来のシリコン太陽電池に比べて効率が優れ、製造コストが低いことから、長年研究者の関心を集めてきました。しかし、環境ストレス下での長期安定性の欠如が大きな障害となっていました。既存のペロブスカイト太陽電池は、効率を高めるためにアンモニウムベースのコーティングを採用するのが一般的ですが、これらの層は熱や湿気などの条件下で劣化します。

「最先端のペロブスカイト太陽電池は、通常、アンモニウム配位子をパッシベーション層として備えている」と、ノースウェスタン大学のポスドク研究員で論文の筆頭著者であるイー・ヤン氏は述べた。 ニュースリリース「しかし、アンモニウムは熱ストレスによって分解する傾向があります。」

研究者らは、耐久性が大幅に向上したアミジニウムベースのコーティングを開発することで、この制限を解決しました。実験室での実験では、この新しい保護層は、従来のアンモニウムベースのコーティングよりも 10 倍も分解耐性が高いことが示されました。さらに、アミジニウムコーティングされたセルは、過酷な条件下でセルの効率が 90% 低下するまでの時間を示す T90 寿命が、従来のセルよりも XNUMX 倍長くなりました。

「この分野では、ペロブスカイト太陽電池の安定性に関する研究が長らく行われてきました」と、ノースウェスタン大学化学研究准教授で共同筆頭著者のビン・チェン氏はニュースリリースで述べた。「これまでのところ、ほとんどの報告はペロブスカイト材料自体の安定性の向上に焦点を当てており、保護層については考慮されていません。保護層を改善することで、太陽電池の全体的な性能を向上させることができました。」

「この研究は、ペロブスカイト太陽電池の普及を妨げる重大な障壁の1つ、つまり現実世界の条件下での安定性に対処するものです」と、共同筆頭著者でノースウェスタン大学の化学教授であるメルクーリ・カナツィディス氏は付け加えた。「保護層を化学的に強化することで、これらのセルの優れた効率性を損なうことなく耐久性を大幅に向上させ、シリコンベースの太陽光発電に代わる実用的で低コストの代替品に近づきました。」

この革新により、太陽電池の効率は 26.3% に達しました。つまり、吸収した太陽光の 26.3% を電気に変換できるということです。アミジニウムでコーティングされたセルは、過酷な条件下で 90 時間のテストに耐えた後も、当初の効率の 1,100% を維持しました。

この結果は、高効率で低コストの太陽エネルギーソリューションの探求において大きな前進となる。この研究は、 公表 科学分野のこの研究は、ノースウェスタン大学のポーラ・M・トリネンス持続可能性・エネルギー研究所の「生成」の柱に沿ったものです。この柱は、高効率の多接合太陽電池と次世代材料に焦点を当てた新しい太陽エネルギー生産方法の開発に専念しています。

「ペロブスカイトベースの太陽電池は、設計が完成し、性能と耐久性の融合が達成され、デバイスが拡張されれば、電力供給の脱炭素化に貢献する可能性があります」と、ウェインバーグ大学のリン・ホプトン・デイビスおよびグレッグ・デイビス化学教授であり、マコーミック工学部電気・コンピュータ工学教授で、トリエンス研究所所長でもある共同主執筆者のテッド・サージェント氏は付け加えた。「ペロブスカイト太陽電池の商業化における主な障壁は、その長期安定性です。しかし、数十年にわたる先行により、シリコンは安定性など、いくつかの分野で依然として優位に立っています。私たちはそのギャップを埋めるために取り組んでいます。」

この画期的な研究は、ペロブスカイト太陽電池の広範な実用化を妨げる主な障害である安定性を克服するための決定的な一歩となります。

この進歩により、太陽エネルギーの未来はより明るく、より持続可能なものになりそうです。