中国の科学者たちが次世代のペロブスカイト有機タンデム太陽電池の開発において重要な進展を遂げました。報告によると、この太陽電池は記録的な28.04%の安定状態の電力変換効率を実現しました。このプロジェクトは中国科学院化学研究所からのものです。興味深いことに、この電池は優れた耐久性を示し、625時間の連続照明後でも90%の初期効率を保持しています。研究では技術的に説明されており、「ペロブスカイト–有機タンデム電池は、ISOS-L-1規格に従って625時間運転した後、90%の初期電力変換効率を保持しました。」と述べられています。
中国の科学者がペロブスカイト太陽電池技術でブレークスルーを達成
従来の標準シリコン太陽電池は、重量と生産コストが高いという固有の欠点があります。それに対して、次世代のタンデム太陽電池は、サンドイッチのような積層構造を採用しています。この方法では、異なる材料を組み合わせて各層を形成し、各層が太陽光スペクトルの異なる波長の光を吸収するように最適化されています。全体として、これによりこの電池は標準シリコン電池よりも効率的に太陽光を集めることができます。
しかし、タンデム太陽電池に使用されるワイドバンドギャップ（WBG）ペロブスカイトは、構造的に不安定になる問題が発生しやすいです。具体的には、高ブロミウム（Br）含量が製造過程で化学的な混合不均一を引き起こし、光照射下で「ハロゲン分離」（元素分離）が発生し、これが電池の性能を低下させます。太陽電池を安定させるために、研究者たちは光感受性添加剤TDBを導入しました。これは二段階のプロセスで機能します。まず、TDBは結晶化過程でブロミウムの急速な沈殿を遅らせ、すべての化学元素が混合物を焼成する際に完全かつ均一に混合されることを保証します。
その後、電池が太陽光にさらされると、この添加剤は分子変化を起こし、ペロブスカイトの結晶粒界を密接に結合し、欠陥を防ぎ、イオン移動を停止させ、材料が時間とともに分離するのを防ぎます。
TDB添加剤の助けを借りて、単一のワイドバンドギャップ太陽電池は20.01%の高効率電力変換率を達成し、オープン回路電圧は1.42ボルトに達し、フィルファクターは85.13%に達する優れた性能指標を示しました。この電池が有機底部電池と統合されて単一のタンデム太陽電池になると、28.80%のピーク電力変換効率（PCE）と28.04%の認証済み安定状態PCEを達成しました。研究では、「WBGペロブスカイト太陽電池を単一のペロブスカイト–有機タンデム電池に統合することで、28.80%の電力変換効率を達成し、28.04%の認証済み安定状態電力変換効率を持っています。」と述べられています。
これらの薄膜太陽電池は、低温インクのように柔軟なプラスチックに印刷することができます。この適応性は日常的な統合の扉を開き、高層ビルの窓、スマートウェア、ポータブルハイキング装備を能動的なクリーンエネルギー源に変える可能性があります。超軽量設計は大きなパワー対重量比を持ち、これらの電池は衛星や深宇宙探査ミッションにも使用できます。地球や星間の間で、次世代のエネルギーは柔軟で耐久性があり、非常に効率的であるでしょう。中国の研究者たちが障壁を打破する一方で、ドイツの科学者たちも世界的な次世代クリーンエネルギーの競争においてマイルストーンを達成しました。
ヘルムホルツ・ベルリンセンター（HZB）とベルリン・フンボルト大学の共同チームは、カスタマイズされたタンデム太陽電池を利用して25.5%の太陽光から電気への変換効率を達成しました。この研究は『Nature』誌に発表されました。