ドーパントフリーHTLにより2D/3Dペロブスカイト太陽電池の効率25.9%を実現

マサチューセッツ工科大学（MIT）が率いる国際チームは、2D/3Dペロブスカイト太陽電池の開発において画期的な進歩を遂げ、記録的な効率と長期安定性の両方を達成しました。科学、というタイトルの研究「強固な2次元ペロブスカイト相の自発的形成」は、n-i-pデバイス構造の信頼性を向上させる新しいドーパントフリーのホール輸送層（HTL）を導入しています。

ペロブスカイトの安定性を実現する耐久性の高い 2D 中間層

従来、2Dペロブスカイトは3Dペロブスカイトを保護するバリア層として機能しますが、その脆弱性がセル全体の耐久性を損なうことがよくあります。筆頭著者のShaun Tan氏は、研究チームが混合溶媒法を用いて構造的に堅牢な2D中間層を開発したと説明しています。この溶液処理技術により、ハイブリッドペロブスカイト構造の長期性能に不可欠な、結晶性が高く純度の高い2Dペロブスカイトの形成が可能になりました。

劣化の要因を排除する

研究者らは、HTLに不安定なドーパントを使用しないことで、一般的な劣化の問題を解消しました。tBPやLiTFSIといった従来の添加剤の代わりに、ドープされていないspiro-OMeTADを使用しました。このドーパントフリーHTLは、デバイス効率を維持しながら熱安定性を向上させます。デバイススタックは以下のとおりです。

• フッ素ドープ酸化スズ（FTO）

• 化学浴堆積 SnO₂ (CBD-SnO₂)

• MACl、MAPbBr₃、および過剰のPbI₂を添加した3D FAPbI₃ペロブスカイト

• 純粋な2Dペロブスカイト中間層

• スピロ-MeOTAD

• 金（Au）トップ電極

この次世代太陽電池は、最高性能の逆ピン設計に匹敵する25.9%の電力変換効率 (PCE) を実証しました。

長期テストで安定性を検証

デバイスは、窒素雰囲気下において、1sun AM 1.5Gの条件下において1,074時間の連続照射と紫外線照射に耐え、初期効率の91%を維持しました。これは、特に長寿命が求められる商用アプリケーションにおいて、安定したペロブスカイト太陽光発電にとって重要なマイルストーンです。

現実世界での応用が間近に迫る

タン氏は、この研究のより広範な意義を強調し、「2D組成と溶媒混合物の組み合わせの可能性はほぼ無限です。この方法は、ペロブスカイト太陽電池の効率と安定性の新たな境地を切り開く可能性があります。」と述べました。

世界的な協力の取り組み

この研究は、MIT、成均館大学（韓国）、マルマラ大学（トルコ）、ローレンス・バークレー国立研究所、米国エネルギー省国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の世界的な協力を反映したものだ。