より薄く、より安価な太陽電池を作る新手法(A new method for creating thinner and cheaper solar cells)

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2022-09-08 オーストラリア連邦研究会議(ARC)

マイクロスフィアリソグラフィーという低コストで拡張性のある新しい製造方法を用いて、より薄く、安価で効率の高い太陽電池を製造する新しい方法を発見した。
これまでのペロブスカイト太陽電池のほとんどは、光吸収体を他の活性層の間に配置した「サンドイッチ」構造を採用していたが、この方法では、最上層が入射光を反射または吸収してしまうため、太陽電池の性能を十分に発揮することができない。
この問題を解決するため、同センターの研究者は、CSIROの研究者とともに、ペロブスカイト太陽電池の代替構造を開発した。この構造では、電荷抽出電極を両方ともペロブスカイトの下に配置し、入射光が光吸収体の表面を直接照らせるようにする。
『Nano Energy』誌に掲載された新しい論文では、独自のバックコンタクト電極を用いたペロブスカイト太陽電池の新しい製造方法について述べられている。ここでは、水を満たした容器に小さなポリスチレンビーズを加える。ビーズは水面の上で自然に集合し、ビーズ1個分の厚さの浮遊コンパクト層を形成する。この層を太陽電池の基板に転写し、その後、電気を通すために必要な電極アレイを作るための安価なマスクとして使用することができる。

<関連情報>

マイクロスフィアリソグラフィーによるバックコンタクトペロブスカイト太陽電池の作製Back-contact perovskite solar cell fabrication via microsphere lithography

Siqi Deng,Boer Tan,Anthony S.R.Chesman,,ianfeng Lu,David P.McMeekin,Qingdong Ou,Andrew D.Scully,Sonia R.Raga,Kevin J.Rietwyk,Anton Weissbach,Boya Zhao,Nicolas H.Voelcker,jYi-Bing Cheng,Xiongfeng Lin,Udo Bach
Nano Energy  Available online;12 August 2022
DOI:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107695

Highlights

•Efficient back-contact perovskite solar cell (BC-PSC) fabricated without the need for high-cost photolithography.
•Highest stabilized PCE at 8.6% for a polycrystalline BC-PSC fabricated via a photolithography-free method.
•Superior back-contact electrode morphology and smaller feature size using microsphere lithography.
•Featuring device having the largest active area for a BC-PSC at 0.75 cm2.
•In-depth charge-carrier dynamics analysis revealing charge extraction and interfacial properties in BC-PSC.

Abstract

Back-contact electrodes for hybrid organic-inorganic perovskite solar cells (PSCs) eliminate the parasitic absorption losses caused by the transparent conductive electrodes that are inherent to conventional sandwich-architecture devices. However, the fabrication methods for these unconventional architectures rely heavily on expensive photolithography, which limits scalability. Herein, we present an alternative cost-effective microfabrication technique in which the conventional photolithography process is replaced by microsphere lithography in which a close-packed polystyrene microsphere monolayer acts as the patterning mask for the honeycomb-shaped electrodes. A comprehensive comparison between photolithography and microsphere lithography fabrication techniques was conducted. Using microsphere lithography, we achieve highly efficient devices having a stabilized power conversion efficiency (PCE) of 8.6%, twice the reported value using photolithography. Microsphere lithography also enabled the fabrication of the largest back-contact PSC to date, having an active area of 0.75 cm2 and a stabilized PCE of 2.44%.

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