窓サイズの半透明太陽電池の製造に向けて(Toward manufacturing semitransparent solar cells the size of windows)

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ピールオフパターン形成技術により、壊れやすい有機半導体を半透明な太陽電池に大規模に製造できる可能性。 A peel-off patterning technique could enable more fragile organic semiconductors to be manufactured into semitransparent solar panels at scale

2022-07-19 ミシガン大学

研究者たちは、透明な太陽電池を家庭の窓に搭載するための重要なステップとして、高効率で半透明な太陽電池の製造方法を開発した。
半透明の有機太陽電池は、原理的には2m×2mの大きさにまで拡大することが可能で、窓の実現に大きく近づきました。
研究チームはミクロン単位の解像度を実現するために、多段階のピールオフ・パターンニング法を開発した。研究チームは、プラスチックの薄膜を蒸着し、極薄の帯状にパターニングした。次に、有機層と金属層をセットする。次に、この薄片をはがすことで、細胞間の非常に微細な電気的相互接続を実現した。
研究グループは、4cm×0.4cmの半透明太陽電池8枚を200μm幅の配線でつなぎ、1枚の13cm2モジュールを作製した。その結果、電力変換効率は7.3%となり、モジュール内の個々の太陽電池に比べて約10%低下した。この小さな効率低下は、モジュールの大きさによって増加することはないため、メーターサイズのパネルでも同様の効率が期待できる。この太陽電池は透明度が50%近くあり、緑色を帯びているため、商業用の窓ガラスに適している。住宅用として好まれそうな高い透明度も、同じ技術で容易に実現できる。

<関連情報>

半透明有機薄膜太陽電池の多層ピールオフパターン形成技術 Multilevel peel-off patterning of a prototype semitransparent organic photovoltaic module

Xinjing Huang,Dejiu Fan,Yongxi Li,Stephen R. Forrest
Joule  Published:July 13, 2022
DOI:https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.06.015

Highlights

•Multilevel peel-off realizes high-resolution patterning of organic electronic devices

•Peel-off patterned OPV modules achieve GFF > 95% and minimal efficiency loss

Summary

Semitransparent organic photovoltaics (ST-OPVs) with applications to power-generating windows have shown substantial increases in power conversion efficiency (PCE) and average photopic transmission (APT) at the laboratory scale. The demonstration of similarly efficient, large-scale ST-OPV modules with geometric fill factors (GFFs) approaching 100%, however, remains a challenge. Here, we employ a multilevel peel-off patterning method that can achieve micron-scale resolution without exposing chemically sensitive organic materials to solvents. Eight 4 cm × 0.4 cm cells are connected in series to realize a prototype ST-OPV module with GFF = 95.8%, PCE = 7.3% ± 0.2% under simulated AM 1.5G illumination at 1 sun intensity, APT = 41.8% ± 1.4%, and a light utilization efficiency (LUE) of 3.1% ± 0.1%. A neutral color ST-OPV module is also demonstrated with 1.7% ± 0.1% and International Commission on Illumination (CIE) LAB coordinates of (L∗, a∗, b∗) = (53.7, −1.9, −3.9)

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