タンデム型太陽電池の世界記録が NREL チャートに登場(Tandem solar cell world record: New branch in the NREL chart)

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2020/4/14 ヘルマン・フォン・ヘルムホルツ協会(HGF)


・ HGF の HZB(物質・エネルギーヘルムホルツセンター)研究チームが、ペロブスカイトと CIGS(銅、インジウム、ガリウム、セレン)のモノリシックな 2 端子のタンデム型太陽電池を開発。24.16%のエネルギー変換効率を達成。
・ タンデム太陽電池は、太陽光スペクトルの異なる領域の光を電気エネルギーに変換する 2 種類の半導体を組み合わせたもの。ペロブスカイトは主に可視光領域を、CIGS では赤外領域をそれぞれ変換する。CIGS の薄膜は僅か 3~4μm で、ペロブスカイト層はさらに薄い 0,5μm。薄膜技術を活用した新タンデム型太陽電池は 5μm を下回る薄さのため、フレキシブルなソーラーモジュールの製造が可能となる。
・ また、これらの半導体の組合せは極めて軽量で放射線にも安定するため、宇宙空間での衛星技術アプリケーションに適する。
・ 2 個の端子で下部セルの CIGS と上部セルのペロブスカイトを接合し、ルビジウムを採用することでCIGS の吸収体を大幅に改善。CIGS 層に取り入れた SAM(self-assembled monolayer)分子が、単分子層を自己組成してペロブスカイトと CIGS 間の接合が向上した。
・ 同太陽電池のエネルギー変換効率 24.16%は、フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所(Fraunhofer. Institute for Solar Energy Systems ISE)の CalLab が公式に認定。CIGS とペロブスカイトの 2 端子タンデム太陽電池のカテゴリーとして、米国立再生可能エネルギー研究所(NREL)のチャートに世界新記録として掲載された。
URL: https://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=21263;sprache=en;seitenid=1

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Joule 掲載論文(フルテキスト)
Proton Radiation Hardness of PerovskiteTandem Photovoltaics
URL:https://www.cell.com/joule/pdf/S2542-4351(20)30098-2.pdf?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS25424351203
00982%3Fshowall%3Dtrue

SUMMARY

Monolithic [Cs0.05(MA0.17FA0.83)0.95]Pb(I0.83Br0.17)3/Cu(In,Ga)Se2(perovskite/CIGS) tandem solar cells promise high performance and can be processed on flexible substrates, enabling cost-efficient and ultra-lightweight space photovoltaics with power-to-weight and power-to-cost ratios surpassing those of state-of-the-art III-V semiconductor-based multijunctions. However, to become a viable space technology, the full tandem stack must withstand the harsh radiation environments in space. Here, we design tailored operando and ex situ measurements to show that perovskite/CIGS cells retain over 85% of their initial efficiency even after 68 MeV proton irradiation at a dose of 2 3 1012 p+/cm2
. We use photoluminescence microscopy to show that the local quasi-Fermi-level splitting of the perovskite top cell is unaffected.We identify that the efficiency losses arise primarily from increased recombination in the CIGS bottom cell and the nickel-oxide-based recombination contact. These results are corroborated by measurements of monolithic perovskite/siliconheterojunction cells, which severely degrade to 1% of their initial efficiency due to radiation-induced recombination centers in silicon.

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