次世代太陽電池が厳しい国際試験基準に合格

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(Next-generation solar cells pass strict international tests)

2020/5/22 オーストラリア連邦・シドニー大学

・ シドニー大学とニューサウルウェールズ大学(UNSW)の研究チームが、国際電気標準会議(IEC)の試験基準を満たすペロブスカイト太陽電池を開発。商業化に向けた重要な一歩となる。
・ ペロブスカイトは、薄さがシリコンの 1/500 のフレキシブルで超軽量ながら、単独でシリコンを上回るエネルギー変換効率を提供する極めて安価な材料。シリコン太陽電池では、そのエネルギー変換効率が限界に近づいているが、ペロブスカイトを組合せることでさらなる効率性の向上が期待できる。
・ シリコン太陽電池でエネルギー変換効率 26.7%の達成には約 40 年間が費やされた一方、ペロブスカイト太陽電池は 10 年間で 25.2%に。商業化が期待されているが、主要な課題は熱安定性の向上。
・ 太陽光をはじめ様々な天候に継続的に曝される太陽電池は、極度の熱や湿度のストレスを受ける。このような条件下では、保護されていないペロブスカイト太陽電池は不安定化し、その構造内でガスを放出することがわかっている。
・ 今回、ガスクロマトグラフィー-質量分析法(GC-MS)を用いて、高性能セルに使用されるペロブスカイトの熱ストレス下での特徴的な揮発性の生成物と分解経路を特定。シンプルな低コストのポリマー/ガラスに封入することで、ペロブスカイトの分解につながる「ガス放出」のプロセスを抑制した。
・ このような新ペロブスカイト太陽電池は、IEC の厳格な環境試験条件下でも安定することを確認。IEC の「高温多湿」試験では 1800 時間超を、「結露凍結」試験では 75 サイクルを耐久し、IEC61215:2016 の要件を上回る結果を初めて達成。これらの試験は、-40℃~85℃の温度サイクルや 85%の相対湿度に曝すことで、屋外運転条件の影響下の太陽電池モジュールの耐久性を決定する。
・ 本研究には、豪州再生可能エネルギー機関(ARENA)を通じて豪州政府が資金を提供した。
URL: https://www.sydney.edu.au/news-opinion/news/2020/05/22/perovskite-solar-cells-passstrict-international-tests.html

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Science 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Gas chromatography–mass spectrometry analyses of encapsulated stable perovskite solar cells
URL: https://science.sciencemag.org/content/early/2020/05/20/science.aba2412

Abstract

Although perovskite solar cells have produced remarkable energy conversion efficiencies, they cannot become commercially viable without improvements in durability. We used gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS) to reveal signature volatile products of the decomposition of organic hybrid perovskites under thermal stress. In addition, we were able to use GC-MS to confirm that a low-cost polymer/glass stack encapsulation is effective in suppressing such outgassing. Using such an encapsulation scheme, we produced multi-cation, multi-halide perovskite solar cells containing methylammonium that exceed the requirements of the International Electrotechnical Commission 61215:2016 standard by surviving more than 1800 hours of the Damp Heat test and 75 cycles of the Humidity Freeze test.

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