印刷して製造するペロブスカイト太陽電池 (Solar perovskite production on a roll)

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2020/11/10 サウジアラビア王国・アブドラ王立科学技術大学(KAUST)

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・ KAUST が、スロットダイコーティイングによるペロブスカイト太陽電池(PSCs)の大量製造用の PSCsインクを開発。
・ シリコンに同インクを塗布することで、太陽光をより多く取り込む PSCs/シリコンのタンデム太陽電池も製造できる。
・ PSCs 技術の開発では、過去 10 年にわたり研究室レベルで多大な将来性が確認されている。PSCs 技術の安定性とスケーラビリティーについて研究を進めることが重要。
・ 研究室での PSCs の製造では、大量生産に適さないスピンコーティング技術を使用。産業界で 70年近く利用されている製造技術のスロットダイコーティングでは、基板上を移動する細いスリットからインクを継続して正確に吐出し、連続したフィルムを形成。新聞の印刷のようなロール・ツー・ロール製造を可能にする。
・ スピンコーティングで製造した最高性能を提供する PSCs の中には、ポリ(トリアリルアミン)(PTAA)の電子輸送層を組み合わせたものがあるが、PTAA は疎水性のため液体のペロブスカイトインクをはじいてしまう。
・ そのため、インクに界面活性剤を添加してこの問題を解決し、より優れた品質のインターフェイス、フィルム、デバイス性能を実現。また、インクを低沸点溶剤に切り替えることで、プロセスの追加無くインクの乾燥時間の短縮に成功した。
・ 最適化したスロットダイコーティング技術で製造した PSCs では、21.8%のエネルギー変換効率を達成(同様技術による以前の PSCs では 18.3%)。同インクを使用した世界初のスロットダイコーティングによる PSCs/シリコンのモノリシック・タンデム太陽電池では、23.8%を達成した。
・ PSCs のスケーラブルな積層技術の開発は、研究室から市場への PSCs 技術の移行において不可欠。今後は、さらに性能を向上させながら、同スロットダイコーティング技術で大面積デバイスとモジュールを製造し、屋内外でそれらの安定性を試験する予定。
URL: https://discovery.kaust.edu.sa/en/article/1042/solar-perovskite-production-on-a-roll

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

ACS Energy Letters 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
High-Performance Perovskite Single-Junction and Textured Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells
via Slot-Die-Coating
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c01297

Abstract

In this work, we report perovskite solar cells in the planar p–i–n configuration based on single-step, anti-solvent-free, low-temperature (70 °C) slot-die-coated methylammonium lead tri-iodide (MAPbI3). The devices are fabricated on hydrophobic poly(triarylamine) (PTAA) surfaces, using key strategies such as solvent engineering, enhanced ink–substrate dynamics, and surface passivation, enabling a power conversion efficiency (PCE) of 21.8%. We also adapted the technique to achieve the first slot-die-coated perovskite/silicon monolithic 2-terminal tandems, achieving a PCE of 23.8% utilizing a textured silicon bottom cell.

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