中国の研究者たちは、新しいタイプの串列型太陽電池を開発し、そのエネルギー変換効率が29.71%に達しました。研究チームは、bis(2-pyridylmethyl) sulfide (2PyS)という硫黄を含む化合物を追加することで、ペロブスカイト材料の安定性を改善しました。この化合物は、通常、時間とともに性能が低下する微小な欠陥を減少させるのに役立ちます。また、帯電粒子の運動を防ぎ、光誘導による材料の変化を制限することで、太陽電池の性能を低下させることを防ぎます。このブレークスルーは、次世代太陽電池の効率を向上させ、寿命を延ばし、商業用途により適したものにするのに貢献します。
新型串列型太陽電池のエネルギー変換効率が29.71%に達する
中国科学院のスマートソーラーケミストリーの研究者たちは、高効率の串列型太陽電池を開発しました。この電池は、2つの異なる太陽光技術を組み合わせて、より多くの太陽光を捕らえ、それを電力に変換します。この新しいデバイスは29.71%のエネルギー変換効率を実現し、現在報告されている中で最も性能の良いペロブスカイト/CIGS串列型太陽電池の一つとなっています。この太陽電池の設計は、上層にペロブスカイト材料、下層にCIGS（銅、ガリウム、アルミニウム、セレン）太陽電池を配置しています。上層のペロブスカイト材料は高エネルギーの太陽光を吸収するために特化されており、下層のCIGS材料は透過する低エネルギー光を捕らえます。
太陽光を2つの材料に分配することで、串列型太陽電池は従来の単層太陽電池よりも多くの電力を生成できると、PV Magazineは報じています。
広帯域ギャップペロブスカイト材料にとって、最大の課題の一つは、時間とともに安定性が低下することです。製造過程で材料内部に微小な欠陥が形成され、帯電粒子の運動を引き起こし、時間が経つにつれて性能が徐々に低下します。特に長時間太陽光や高温にさらされると、その影響は顕著です。この問題を解決するために、中国の研究者たちは製造過程にbis(2-pyridylmethyl) sulfide (2PyS)という硫黄を含む有機化合物を導入しました。この化合物は、太陽電池の製造が完了した後に欠陥を修復するだけでなく、ペロブスカイト結晶の形成過程を制御することもできます。
研究チームによると、2PySはペロブスカイト材料中の鉛イオンと強い相互作用を持ち、欠陥の数を減少させ、ハロゲンイオンの運動を制限し、材料が太陽光の下で異なる相に分離するのを防ぎます。
これらの変化により、ペロブスカイト層はより安定し、太陽光を電力に変換する能力が向上しました。研究者たちは、2PySが結晶の形成速度を低下させることで、ペロブスカイト薄膜がより均一に成長することを発見しました。この結果、表面がより滑らかになり、品質が向上し、欠陥が減少し、エネルギー損失が少なくなり、デバイスの全体的な性能が向上しました。この串列型太陽電池は、半透明のペロブスカイト上層電池とCIGS下層電池で構成されています。単独で使用した場合、CIGS電池は全日照下での効率が19.65%です。しかし、串列デバイス内でペロブスカイト層の下に置かれると、上層電池が一部のスペクトルを吸収するため、CIGS電池の効率は7.5%に低下します。
一方、ペロブスカイト上層電池の効率は22.21%に達しましたと、PV Magazineは報じています。
新設計の串列型太陽電池は強力な長期安定性を示す
2つの電池が4端子（4T）串列構成で共同運用されると、総合出力は29.71%の全体効率に達しました。研究者たちはこの新設計の耐久性もテストしました。2,000時間の連続運転後、串列型太陽電池は91%以上の元の効率を維持し、強力な長期安定性を示しました。チームは、2PySを使用した新しい協調工学的アプローチが、商業用ペロブスカイト太陽電池が直面する最大の障害の一つを克服するのに役立つと信じています。効率と耐久性を向上させることで、この技術は次世代太陽電池の発展を支え、より長い時間にわたってより多くの電力を生成し、性能を維持できるようになります。