ペロブスカイト型タンデム太陽電池に新たな添加剤で効率と安定性を向上( New Additives to Perovskite Tandem Solar Cells Boost Efficiency, Stability)

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NREL、CU-Boulder、トレド大学の科学者が改良型フォーミュラを共同開発 Scientists From NREL, CU-Boulder, University of Toledo Collaborate on Improved Formula

2022-06-14 アメリカ国立再生可能エネルギー研究所(NREL)

米国エネルギー省の国立再生可能エネルギー研究所(NREL)の科学者は、安定性の問題を克服し、効率を向上させた錫鉛ペロブスカイトセルを実証しました。この新しいセルは、ペロブスカイトを2層重ねたタンデム設計で、25.5%の効率を測定しました。
ペロブスカイトは太陽電池の高効率材料として登場したが、この技術をより長持ちさせるための研究が続けられている。
NRELの新しい太陽電池は、1,500時間の連続運転(62日以上)後も最大効率の80%を維持しています。

<関連情報>

2次元カチオン制御によるSn-Pbペロブスカイトのキャリア制御と高効率・高安定なオールペロブスカイトタンデム太陽電池の実現 Carrier control in Sn–Pb perovskites via 2D cation engineering for all-perovskite tandem solar cells with improved efficiency and stability

Jinhui Tong,Qi Jiang,Andrew J. Ferguson,Axel F. Palmstrom,Xiaoming Wang,Ji Hao,Sean P. Dunfield,Amy E. Louks,Steven P. Harvey,Chongwen Li,Haipeng Lu,Ryan M. France,Samuel A. Johnson,Fei Zhang,Mengjin Yang,John F. Geisz,Michael D. McGehee,Matthew C. Beard,Yanfa Yan,Darius Kuciauskas,Joseph J. Berry & Kai Zhu
Nature Energy  Published:13 June 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41560-022-01046-1

Abstract

All-perovskite tandem solar cells are promising for achieving photovoltaics with power conversion efficiencies above the detailed balance limit of single-junction cells, while retaining the low cost, light weight and other advantages associated with metal halide perovskite photovoltaics. However, the efficiency and stability of all-perovskite tandem cells are limited by the Sn–Pb-based narrow-bandgap perovskite cells. Here we show that the formation of quasi-two-dimensional (quasi-2D) structure (PEA)2GAPb2I7 from additives based on mixed bulky organic cations phenethylammonium (PEA+) and guanidinium (GA+) provides critical defect control to substantially improve the structural and optoelectronic properties of the narrow-bandgap (1.25 eV) Sn–Pb perovskite thin films. This 2D additive engineering results in Sn–Pb-based absorbers with low dark carrier density (~1.3 × 1014 cm−3), long bulk carrier lifetime (~9.2 μs) and low surface recombination velocity (~1.4 cm s−1), leading to 22.1%-efficient single-junction Sn–Pb perovskite cells and 25.5%-efficient all-perovskite two-terminal tandems with high photovoltage and long operational stability.

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