太陽電池効率を向上させる透明電極 (Scientists develop transparent electrode that boosts solar cell efficiency)

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2021-05-28 アメリカ合衆国・ペンシルベニア州立大学(PennState)

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・ PennState が、半透明の高効率ペロブスカイト太陽電池の実現を可能にする、金の超薄膜電極を開発。
・ 住居やオフィスビルの窓に設置した透明な太陽電池による、太陽光を有効に活用した発電が可能に。また、エネルギー変換効率が限界に近づく従来のシリコン太陽電池と組み合わせることで、高効率のタンデムデバイスが期待できる。
・ 高導電性でセルの光吸収能力を妨げない超薄膜金電極によるペロブスカイト太陽電池では、半透明セルで最高記録となる 19.8%のエネルギー変換効率を達成。シリコン太陽電池とのタンデムデバイスでは、単体での 23.3%から 28,3%に向上。
・ 僅か 5%の向上だが、これは電池材料の 1 ㎡毎に約 50W 超の太陽光を変換することに等しく、数千ものモジュールの太陽電池ファームでは発電量の大幅な増加となる。
・ ペロブスカイト太陽電池の透明電極として金薄膜の有望性を確認していたが、導電性に影響する均一な層の作製が課題であった。
・ 本研究では、シード層として使用したクロムの大きな表面エネルギーが、均一な金薄膜の形成に適した環境を提供することを確認。通常、金のような物質に薄膜を成長させると、ナノ粒子が結合して塊を作る。
・ 他の材料を透明電極として試験した結果、ペロブスカイト太陽電池を構成する各 5 層を損傷・劣化させたが、金薄膜電極を使用した太陽電池は安定し、高効率を維持した。
・ 本研究には、米国海軍研究局(ONR)、Army Rapid Innovation Fund および空軍科学研究局(AFOSR)が資金を提供した。
URL: https://news.psu.edu/story/659841/2021/05/28/research/scientists-develop-transparent-electrode-boosts-solar-cell

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Nano Energy 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
28.3%-efficiency perovskite/silicon tandem solar cell by optimal transparent electrode for high
efficient semitransparent top cell
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285521001920?via%3Dihub

Abstract

Perovskites with tuned bandgap provide an attractive opportunity to realize perovskite/silicon tandem solar cells that offer tremendous potential in exceeding the intrinsic power conversion efficiency (PCE) of each subcell. The transparency and conductivity of the top electrode for top cell are the main keys in tandem solar cell. Here, we demonstrate a continuous, ultrathin Au film as the top electrode by introducing a Cr seed layer, which improves the efficiency of semitransparent perovskite devices and tandem solar cells. The Cr seed layer has large surface energy, which induces Au growth according to the Frank-van der Merwe principle to form a continuous, ultrathin film with exciting transmittance and conductivity. As a result, the highest PCE of 19.8% for semitransparent perovskite cells is achieved. The simulated optical field distribution by COMSOL and experimental results reveal that the semitransparent perovskite device has high transmittance in the near-infrared range, demonstrating that it is optimal top cell in a tandem solar cell with a silicon heterojunction device. The tandem solar cell, with the semitransparent perovskite top cell mechanically stacked on the silicon heterojunction bottom cell, demonstrates a PCE of 28.3%. This breakthrough in the design of the tandem cell architecture based on a transparent electrode offers an efficient route towards the transition of perovskite and tandem solar cells.

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