理想的なバンドギャップを持つエチレンダイアモニウムベースの"空洞"Pb/Snペロブスキットは,より高い効率と安定性を持つ太陽電池を生成します

科学分野:

• 材料科学
• 再生可能エネルギー
• 固体化学

背景:

• ハリドペロブスキート太陽電池 (PSC) は,商用シリコン電池に匹敵する高い電力変換効率 (PCE) を達成します.
• 現在のPSCは,非理想的な帯域ギャップ (1.5-1.6 eV) の吸収器を使用しており,さらなるPCE強化を制限しています.
• PSCにおける鉛 (Pb) の含有量の削減は,持続可能性のための重要な研究目標です.

研究 の 目的:

• Pb/Sn混合ペロブスキットをより狭いバンドギャップ (1.2-1.4 eV) で設計し,より高い単一結合太陽電池効率を実現する.
• Pb/Snペロブスキート吸収器の化学的安定性と性能を,エチレンダイアモニウム (en) ディケーションを組み込むことによって向上させる.
• 新しい3Dの空洞ペロブスキート構造の構造と電子特性を調査する.

主な方法:

• エチレン・ダイアモニウム (en) を含んだ混合ペロブスキットの合成:
• 結晶密度,単結晶X線微分,核磁共振 (NMR) スペクトロスコーピーを用いた構造的特徴付け.
• MABr上層の最適化を含む,開発されたペロブスキート吸収器を用いた太陽電池の製造と性能試験.

主要な成果:

• 理想的な帯域のギャップは1.27から1.38 eVである.
• インディケーションによって誘発された3Dの空洞の無機ペロブスキート構造の形成により,Pb/Snの空白が増加し,化学的安定性が向上します.
• ダーク電流の減少,キャリアトラップの密度の低下,そしてペロブスキート膜のキャリア寿命の延長により,効率が約20%向上し,空気安定性が向上しました.
• {5% en}FA$_{0.5}$MA$_{0.5}$Sn$_{0.5}$Pb$_{0.5}$I$_{3}$を吸収した最適化された太陽電池は,PCEの17.04%を達成した.

結論:

• この指示を組み込むことで,高性能の太陽電池に望ましい帯域の隙間を持つ安定した3Dの空洞の混合ペロブスキート構造が生成されます.
• これらの新型ペロブスキットは,鉛含有量を削減し,単結合および多結合の太陽電池の効率と運用安定性を改善する有望な経路を提供します.
• この発見は,太陽光発電技術の進歩のための工学的なペロブスキートアーキテクチャの可能性を強調しています.