リトアニアの研究者たちは、超薄い分子層を改良することで、串列型ペロブスカイト太陽電池の効率を29％以上に引き上げました。これらの科学者はカウナス工科大学（Kaunas University of Technology、略称 KTU）に所属し、国際的なパートナーと共同で異なる太陽電池層間のより安定した界面を構築し、腐食現象を減少させることで、電池がより高い効率と性能を維持できるようにしました。KTUの博士課程の学生であるカスパラス・ラクシュティス（Kasparas Rakštys）は、これらの層が完璧に接続される必要があると指摘しています。
彼は「簡単に言うと、太陽電池は異なる材料で構成された多層のサンドイッチのように考えることができます。それぞれの層は特定の機能を果たします。」と述べました。 この解決策は、金属酸化物層と結合する分子団を変更することに関わっています。研究者たちは、従来の酸性形態をイオン塩に変換しました。この新しい方法により、ペロブスカイト串列型太陽電池の電力変換効率は29％以上に達しました。ペロブスカイト太陽電池は薄膜光伏（PV）デバイスで、ペロブスカイト材料を活性層として使用し、その軽量性、柔軟性、相対的に安価な製造コストから有望なエネルギー技術と見なされています。
しかし、湿気、酸素、熱にさらされると、その性能が低下する可能性があります。
ペロブスカイト串列型太陽電池の効率が著しく向上
一つの太陽電池は、電荷を収集し伝送するために協調して動作する必要があるいくつかの層で構成されています。これらの層間の界面の問題は、電池の性能に大きな影響を与えます。最近まで、科学者たちは自己組織化単分子層（SAMs）による電荷伝送に依存していました。これらの薄い分子は、正の電荷キャリア（ホールと呼ばれる）を電極に運ぶ分子接着剤のように機能します。しかし、ラクシュティスは、時間が経つにつれて特定の問題が発生したことを指摘しました。彼は「これらの分子の酸性特性により、隣接する層が徐々に腐食し、界面に欠陥が生じ、電荷の伝送が妨げられるため、太陽電池の効率が低下し、運転寿命が短くなる。」と強調しました。
そのため、研究者たちは金属酸化物接触層に接続されているSAM分子の部分を修正することを決定しました。報告によれば、彼らはこれらの分子を化学的に中性のイオン塩に変換しました。ラクシュティスは「この研究では、酸性分子を化学的に中性の塩に変換することで中和し、非腐食性の界面を創出することで、太陽電池がより安定かつ効率的に動作できるようにしました。」と述べました。彼は、この方法がいくつかの技術的利点を提供することを付け加えました。生成された塩分子は金属酸化物表面との結合が同様に強く、その水溶性はこの層が有毒な溶剤に依存せずに堆積できることを意味します。
この層はわずか数ナノメートルの厚さですが、デバイス内の電荷伝送効率に大きな影響を与えます。 この解決策が実際に適用できるかどうかをテストするために、研究者たちは中国のパートナーと共同作業を行いました。彼らはこの方法が大面積モジュールで有効であることを示し、均一で高品質のコーティングを生成し、さらなる実地テストに適したものとしました。さらに、この方法は異なる光吸収層を使用してより広範な太陽光スペクトルを捕らえるペロブスカイト串列型太陽電池でもテストされました。ラクシュティスは最後に「私たちの新しい方法を使用することで、ペロブスカイト串列型太陽電池で29％を超える電力変換効率を達成しました。これはこれまで報告された中で最高の値の一つです。」とまとめました。
彼と彼のチームは、最終的にこの技術が建物の外装、窓、繊維に追加される電池など、より多機能な太陽エネルギーデバイスにつながる可能性があると信じています。彼らは特許を申請し、商業化に向けて進んでいます。この研究は『Nature Communications』誌に発表されました。
項目 仕様 電力変換効率 29％以上 電池タイプ ペロブスカイト串列型太陽電池 界面材料 中性イオン塩