大量生産の可能性を開くペロブスカイト太陽電池の新しい製造方法

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(New fabrication method paves way to large-scale production of perovskite solar cells)

2021/3/18 アメリカ合衆国・ロスアラモス国立研究所(LANL)

・ LANL と国立台湾大学が、ペロブスカイト太陽電池の低コスト・大量製造を可能にするワンステップのスピンコーティング技術を開発。
・ ペロブスカイト太陽電池はシリコンベースの太陽電池に対抗する新興技術として期待されているが、高効率の電池モジュール製造のスケールアップが課題。新技術は、高効率・長寿命のデバイスの大規模・大面積製造を可能にする。
・ ペロブスカイト前駆体に添加剤としてスルホランを導入することで、プロセス時間をこれまでの 9 秒間から 90 秒間に延長し、化学反応により高結晶性のペロブスカイト薄膜層を大面積に作製。プロセス条件への依存度も軽減する。
・ 基板層に固着する均一の結晶薄膜を作製するには、数秒内での厳重な制御が必要。ペロブスカイト薄膜層を基板に積層するプロセス時間の短さが、産業規模でのペロブスカイト太陽電池製造における主要な障壁の一つとなっている。
・ 均一な高品質のペロブスカイト結晶薄膜で約 16 ㎠と約 37 ㎠の小型モジュールを作製。モジュール全体での均一な薄膜の製造はデバイス性能において重要。
・ 約 16 ㎠モジュールでは 17.58%、約 37 ㎠では 16.06%の、トップクラスのエネルギー変換効率を達成。
新技術は既存の工業製造技術への容易な導入が可能なため、商用化の可能性が見込める。
URL: https://www.lanl.gov/discover/news-release-archive/2021/March/0318-perovskite-solar-cells.php

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Joule 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
A simple one-step method with wide processing window for high-quality perovskite mini-module
fabrication
URL: https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(21)00089-1

Abstract

The one-step antisolvent approach is a widely employed method for fabricating perovskite devices at a low cost. However, the current antisolvent approach requires a strict set of processing conditions to obtain high-quality perovskite layers. Here, we introduce sulfolane as an additive in the perovskite precursor to convert the perovskite phase via a new reaction route, providing a large degree of flexibility to process crystalline perovskite layers with high uniformity on a large scale. As it is revealed by X-ray diffraction and Fourier-transform infrared spectroscopy findings, we find that the key concept lies in intermolecular hydrogen-bonding forces’ interaction between sulfolane and methylammonium iodide, which slows down the nucleation and subsequently the crystallization process. As a result, we demonstrate a mini module, 36.6 cm2 active area, and achieve a record PCE of 16.06%. More importantly, the encapsulated mini module retained about 90% of the initial performance after operating at the maximum power point under simulated AM1.5G irradiation for 250 h at 50°C.

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