2022-12-07 オーストラリア連邦研究会議(ARC)
研究者らは、溶媒であるジメチルスルホキシドを除去し、結晶化剤として塩化ジメチルアンモニウムを導入することにより、ペロブスカイト結晶化プロセスの中間相をより適切に制御し、欠陥の少ない、安定性の高い薄膜を作ることに成功した。
その後、最大138個のサンプルデバイスの大規模なグループが、高温と実環境での厳しい加速エージングとテストプロセスにかけられた。
新しい合成プロセスで作製したホルムアミジニウム-セシウムペロブスカイト太陽電池は、対照群を大幅に上回り、熱、湿度、光の劣化に強いことが実証された。
テスト中、最高のデバイスは65℃の模擬太陽光の下で1,400時間以上、T80のしきい値を超えて動作した。T80とは、太陽電池が初期効率の80%まで低下するのにかかる時間のことで、研究分野では一般的な指標となっている。
1,600時間を超えると、従来のジメチルスルホキシド法で作製した制御デバイスは機能しなくなったが、改良された新しい設計で作製したデバイスは、加速エージング条件下でも元の効率の70%を維持することが確認された。
さらに、85℃という非常に高い温度で同じ劣化試験を行ったところ、新しいセルは再び対照群を上回った。
このデータから外挿すると、新しいセルは温度が10℃上昇するごとに1.7倍劣化することになり、これは市販のシリコンデバイスに期待される2倍に近い値であることがわかった。
＜関連情報＞
- https://excitonscience.com/news/built-last-perovskite-solar-cells-tough-enough-match-mighty-silicon
- https://www.nature.com/articles/s41563-022-01399-8
安定なペロブスカイト太陽電池のためのジメチルアンモニウムカチオン添加剤による中間相のエンジニアリング Intermediate-phase engineering via dimethylammonium cation additive for stable perovskite solar cells
David P. McMeekin,Philippe Holzhey,Sebastian O. Fürer,Steven P. Harvey,Laura T. Schelhas,James M. Ball,Suhas Mahesh,Seongrok Seo,Nicholas Hawkins,Jianfeng Lu,Michael B. Johnston,Joseph J. Berry,Udo Bach & Henry J. Snaith
Nature Materials Published:01 December 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-022-01399-8
Abstract
Achieving the long-term stability of perovskite solar cells is arguably the most important challenge required to enable widespread commercialization. Understanding the perovskite crystallization process and its direct impact on device stability is critical to achieving this goal. The commonly employed dimethyl-formamide/dimethyl-sulfoxide solvent preparation method results in a poor crystal quality and microstructure of the polycrystalline perovskite films. In this work, we introduce a high-temperature dimethyl-sulfoxide-free processing method that utilizes dimethylammonium chloride as an additive to control the perovskite intermediate precursor phases. By controlling the crystallization sequence, we tune the grain size, texturing, orientation (corner-up versus face-up) and crystallinity of the formamidinium (FA)/caesium (FA)yCs1–yPb(IxBr1–x)3 perovskite system. A population of encapsulated devices showed improved operational stability, with a median T80 lifetime (the time over which the device power conversion efficiency decreases to 80% of its initial value) for the steady-state power conversion efficiency of 1,190 hours, and a champion device showed a T80 of 1,410 hours, under simulated sunlight at 65 °C in air, under open-circuit conditions. This work highlights the importance of material quality in achieving the long-term operational stability of perovskite optoelectronic devices.
