高効率で熱的に安定したFACsPbI₃ペロブスキート光伏

科学分野:

• 材料科学
• 再生可能エネルギー
• 太陽光発電

背景:

• フォームミディニウムセシウム鉛ヨウ酸化物 (α-FA_1-xCs_xPbI₃) は,効率的なペロブスキート太陽電池 (PSC) の主要な材料である.
• 現在の高効率のPSCはしばしばメチルアモニアム塩化物に依存しており,それは揮発性残留物による安定性の問題につながります.
• この添加物のない以前のα-FA_1-xCs_xPbI₃PSCは,効率が低い (~24%) であり,安定性の利点がなかった.

研究 の 目的:

• α-FA_1-xCs_xPbI₃PSCにおけるメチルアモニウム塩化物の限界に対処する.
• 従来のα-FA_1-xCs_xPbI₃PSCにおける性能と安定性の低下の原因を特定し,克服する.
• 高品質のα-FA_1-xCs_xPbI₃フィルムを揮発性添加物なしで製造する方法を開発し,効率と安定性を向上させる.

主な方法:

• α-FA_1-xCs_xPbI₃PSCにおけるCs+の蓄積に起因するインターフェイスの接触喪失を調査した.
• 広角X線散射 (GIWAXS) 分析を用いた.
• 結晶化経路を理解するために密度関数理論 (DFT) の計算を使用した.
• アセテット表面調整による中間段階補助結晶化戦略を開発した.

主要な成果:

• Cs+の蓄積によって引き起こされるインターフェイスの接触喪失を特定し,軽減した.
• 高品質のα-FA_1-xCs_xPbI₃フィルムを中間相補助結晶化経路を用いて製造した.
• 安定したパワー変換効率 (PCE) は25.94%で,逆スキャニングのPCEは26.64%に達した.
• 1日,85°C,および60%の相対湿度下での2,000時間後,最初のPCEの95%以上を保持する.

結論:

• アセテート表面調整は,上位α-FA_1-xCs_xPbI₃膜形成のための中間相補助結晶化経路を可能にします.
• 開発された方法は,メチルアモニウム塩化物の必要性を排除し,安定性の問題を解決します.
• その結果,PSCは記録的な効率と長期にわたる卓越した運用安定性を発揮し,商業化への道を切り開いています.