化学硬度工学によりペロブスカイトタンデム太陽電池効率30.3%を達成(Chemical Hardness Engineering Boosts Perovskite Tandem Efficiency to 30.3%)

2026-04-29 中国科学院(CAS)

中国科学院寧波材料技術・工程研究所(NIMTE)のChinese Academy of SciencesのGE Ziyi教授らは、全ペロブスカイトタンデム太陽電池の結晶化を精密制御する「化学硬度工学」戦略を開発し、剛性型で認証変換効率30.3%、フレキシブル型で28.0%を達成した。従来は多成分ペロブスカイト膜で結晶化タイミングが不均一となり、相分離や欠陥、応力蓄積によって効率と耐久性が低下していた。研究チームはHSAB(硬軟酸塩基)理論に基づき、広バンドギャップ材料にはDFOB⁻、狭バンドギャップ材料にはBF4⁻を添加剤として導入。これにより核生成と結晶成長を同期化し、膜の均一性と結晶品質を向上させた。広バンドギャップ素子は18.5%から20.1%、狭バンドギャップ素子は21.6%から23.3%へ効率が向上。さらに最適化した剛性デバイスは1000時間動作後も初期性能の92%を維持し、フレキシブル型も1万回の曲げ後に95.2%を保持した。高効率と高耐久性を両立する次世代軽量太陽電池技術として期待される。

化学硬度工学によりペロブスカイトタンデム太陽電池効率30.3%を達成(Chemical Hardness Engineering Boosts Perovskite Tandem Efficiency to 30.3%)
Synchronized crystallization enables efficient rigid and flexible perovskite tandems (Image by NIMTE)

<関連情報>

化学的硬度工学によりペロブスカイトタンデムにおける結晶化が同期化される Chemical hardness engineering synchronizes crystallization in perovskite tandems

Ruijia Tian,Kexuan Sun,Yuanyuan Meng,Jiahan Xie,Yaohua Wang,Xiaoyi Lu,Jingnan Wang,Shujing Zhou,Ming Yang,Haibin Pan,Yang Bai,Zhenhua Song,Yingguo Yang,Quan Liu,Bin Han,Bencan Tang,Darren A. Walsh,Hainam Do,Chang Liu & Ziyi Ge
Nature Communications  Published:27 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-026-02165-6

Abstract

All-perovskite tandem solar cells are constrained by asynchronous crystallization in multicomponent perovskites, which produces vertical compositional gradients, structural inhomogeneity and excessive non-radiative recombination. These effects arise from mismatched coordination and crystallization kinetics among mixed halides and Pb2+/Sn2+ cations. Here we establish a generalizable additive design strategy guided by hard–soft acid–base principles to synchronize nucleation and crystal growth in both wide- and narrow-bandgap perovskites. Borderline-base difluoro(oxalato)borate and hard-base tetrafluoroborate selectively coordinate wide- and narrow-bandgap perovskite precursors, respectively, balancing the crystallization kinetics of PbI2/PbBr2 and PbI2/SnI2 and producing vertically uniform perovskite films with reduced defect densities and suppressed ion migration. In situ optical and structural characterization reveals homogeneous nucleation and direct crystal growth without intermediate halide redistribution. Monolithic two-terminal tandems achieve an efficiency of 30.3% (certified, 30.3%) with improved open-circuit voltage (2.16 V) and fill factor (85.2%), retaining 92% efficiency after 1,000 h of maximum power point tracking. Flexible tandems reach an efficiency of 28.2% (certified, 28.0%). These results establish chemical hardness matching as a universal principle for controlling crystallization in different perovskite systems.

0403電子応用
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