高エントロピーハイブリッドペロブスカイト太陽電池が25.7%の効率を達成

中国の浙江大学の研究者らは、反転ペロブスカイトを開発した。太陽電池 高エントロピーハイブリッドペロブスカイト（HEHP）材料をベースにしています。この新しいアプローチにより、デバイスの安定性が向上し、優れた効率性を発揮すると報告されています。

「私たちの研究は、高エントロピーハイブリッドペロブスカイト（HEHP）構造がペロブスカイト太陽電池の効率と安定性を向上させる可能性を浮き彫りにしています」と、研究の責任著者であるJingjing Xue氏は述べました。「この構造は、エントロピーゲインを提供し、秩序だった単一成分の同等物と比較して優れた熱安定性と構造的堅牢性を示す、高度に無秩序な有機成分を特徴としています。有機成分の化学的豊富さは、ペロブスカイトおよび関連材料の特性を調整するさらなる可能性を提供します。」

安定性と効率性の向上

研究チームは、この新しい材料が単相多成分ペロブスカイト構造を持ち、従来のペロブスカイトよりも高温で優れた相安定性を示すことを実証しました。核磁気共鳴（NMR）分光法によって、提案された材料中に異なる有機カチオンが共存していることが確認されました。

「HEHP 単結晶は、5 種類の有機カチオンの等モル混合物のピークとよく一致する、すべての有機カチオンの特徴的なピークを示しました」と科学者らは説明しています。「この単結晶は、秩序だった無機構造と無秩序な有機中間層で構成されたハイブリッド構造として最もよく説明できます。」

強化されたデバイス構築

研究者らは、HEHP を利用して、耐水性と耐湿性に優れたペロブスカイト フィルムを作成しました。このフィルムは、インジウム スズ酸化物 (ITO) 基板、スズ酸化物 (SnO2) の電子輸送層 (ETL)、ペロブスカイト吸収体、スピロ-OMeTAD ベースの正孔輸送層、金属銀 (Ag) 接点など、従来のアーキテクチャを備えたペロブスカイト太陽電池の構築に使用されました。このデバイスの性能は、同様のペロブスカイト層を備え、HEHP のない参照デバイスと比較されました。

優れたパフォーマンス メトリック

標準的な照明条件下でテストした結果、HEHP ベースのデバイスは次の成果を達成しました。

• 効率: 25.7%
• 開放電圧: 1.17 V
• 短絡電流密度: 25.8 mA/cm²
• 充填率: 85.2%

比較すると、参照デバイスは次の成果を達成しました:

• 効率: 23.2%
• 開放電圧: 1.13 V
• 短絡電流密度: 25.1 mA/cm²
• 充填率: 81.7%

HEHPベースのセルは元のセルの98%以上を維持しました  1,000時間経過後も効率を維持します。

「開放電圧と充填率の向上は、HEHP を組み込んだ後の非放射再結合の減少とインターフェースの改善によるものと考えています」と科学者らは説明しています。「電子干渉の低減において HEHP が個々のコンポーネントよりも優れているのは、さまざまな欠陥と相乗的に相互作用できる複数のタイプの A サイト陽イオンが共存しているためと考えられます。」

幅広い適用性

研究チームは、この新しいペロブスカイト材料がさまざまなペロブスカイト組成やセルラーアーキテクチャに利用できると確信している。「これは、さまざまなシナリオでペロブスカイト太陽電池の性能を向上させるための普遍的で欠陥に強い戦略として機能する可能性があり、将来の工業的大量生産におけるペロブスカイトデバイスの生産歩留まりを向上させるために重要です」と研究チームは結論付けた。

この新しいセルコンセプトの詳細は、Nature Photonics に掲載された研究「ペロブスカイト太陽電池のための無秩序な有機部分を持つ高エントロピーハイブリッドペロブスカイト」で報告されています。