次世代光電子デバイスに向けたペロブスカイト結晶成長技術を改良(Argonne improves perovskite crystal growth for next-generation optoelectronics)

2026-10-29 アルゴンヌ国立研究所(ANL)

米国エネルギー省アルゴンヌ国立研究所の研究チームは、次世代太陽電池や発光ダイオード(LED)に利用されるペロブスカイト結晶の成長を制御し、結晶欠陥を大幅に減らす新手法を開発した。この手法では、臭化亜鉛と塩化メチルアンモニウムの2種類の塩を添加し、加熱時に材料の融点を一時的に低下させる共晶効果を利用する。形成された一時的な液相によって結晶化速度が緩やかになり、原子がより規則的に配列する時間が確保される。また、亜鉛原子が結晶粒界に移動して欠陥を中和することで、電荷の捕獲やエネルギー損失を抑制する。アルゴンヌ国立研究所の先端光子源(APS)による高輝度X線ナノプローブと光学顕微鏡を組み合わせ、結晶組成と光電子特性を対応付けて解析した。これにより、明るさ、発光効率、寿命に優れたLEDや、大面積で均一なペロブスカイト薄膜の製造につながる可能性が示された。

次世代光電子デバイスに向けたペロブスカイト結晶成長技術を改良(Argonne improves perovskite crystal growth for next-generation optoelectronics)
Argonne has helped in developing a new process that tailors the crystallization of perovskite in a way that gives researchers more control over how they assemble. Here, crystals in a perovskite film melt and reorganize into a more uniform structure. (Image: Science, adapted by Argonne National Laboratory)

<関連情報>

ペロブスカイト光電子デバイス向け結晶化を最適化するための揮発性共晶 Volatile eutectics to tailor crystallization for perovskite optoelectronics

Jason J. Yoo, Connor J. Dolan, Seongsik Nam, Jinho Lee, Kyu Min Kang, Bong Joo Kang, Rushik Desai, Niranjana Mohan Kumar, Arkita Chakrabarti, […] , and Seong Sik Shin
Science  Published:8 Oct 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/science.aeb4554

Abstract

Improvements to the radiative efficiency of halide perovskite thin films are necessary to approach fundamental solar cell performance limits. We tailored perovskite crystallization by leveraging the eutectic interaction between zinc bromide and methylammonium chloride additives. The resulting films had high photoluminescence quantum yield and charge carrier decay times and low surface recombination velocity. Nanoprobe x-ray microscopy revealed local melting of the eutectic at grain boundaries during annealing that reduced intragranular structural defect density. Annealing also homogenized the halide distribution and caused zinc segregation to grain boundaries. Solar cells fabricated with the volatile eutectic reached 26.5% power conversion efficiency (PCE, certified 25.9%), and perovskite minimodules (areas more than 15 square centimeters) had 23.9% PCE. Small-area cells with a poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] hole transporter retained 85.8% of their initial 24.1% PCE after 1400 hours of continuous operation at 85°C. Furthermore, this approach enables 26.1% external quantum efficiency as light-emitting diodes.

0501セラミックス及び無機化学製品
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