イオン・欠陥のデュアルマネジメントによる、認定効率27.1の空気処理ペロブスカイト太陽電池の実現

科学分野:

• 材料科学
• 化学工学
• 再生可能エネルギー

背景:

• ペロブスカイト太陽電池（PSC）は、特に環境下での製造条件下において、ハロゲンレドックス化学と鉛関連欠陥のために、高効率と耐久性の達成に課題を抱えています。
• ペロブスカイトのソフトイオン格子の不安定性は、実用化と長期動作安定性を妨げています。

研究 の 目的:

• PSCの性能向上を目的とした、N-アセチルスルファニルクロリド（ABSC）を用いた分子的な「イオン・欠陥デュアルマネジメント」戦略を導入すること。
• 環境下での製造中に、ペロブスカイト膜中のヨウ素レドックス種を同時に制御し、電子欠陥をパッシベーションすること。

主な方法:

• ペロブスカイト前駆体溶液および膜のイオン・欠陥デュアル特性を管理するために、N-アセチルスルファニルクロリド（ABSC）を利用しました。
• ABSCによるI₃^-のin situ形成と、配位不足のPb²⁺との配位を調査しました。
• 空気処理された逆型PSCを製造し、その効率と長期動作安定性を評価しました。

主要な成果:

• 空気処理された逆型PSCで、認定された定常状態効率27.10%を達成しました。
• 最大電力点追従1000時間後も98%以上の性能を維持する長期動作安定性を実証しました。
• 真空フラッシュ蒸着を用いて、効率16%を超える大面積フレキシブル・両面モジュールのスケーラブルな製造を成功裏に実現しました。

結論:

• ABSC戦略は、ペロブスカイトのソフトイオン格子を効果的に安定化させ、主要な不安定性の問題に対処します。
• このアプローチは、高性能ペロブスカイト太陽電池のための、メカニズム的に根拠があり、工業的に関連性の高いルートを提供します。
• この発見は、耐久性と効率の高いペロブスカイト太陽電池の実用展開を進めるものです。