屋内光で発電可能な新型太陽電池を開発、デバイスの電池不要化へ(New solar cells could power devices from indoor light)

2025-08-11 ユニバーシティ・カレッジ・ロンドン(UCL)

ロンドン大学ユニバーシティ・カレッジ(UCL)を中心とした国際研究チームは、屋内光でも効率よく電力を生成できる耐久性の高い新型太陽電池を開発しました。素材にはペロブスカイトを使用し、屋内光の特定波長をよく吸収できるよう調整されていますが、従来は結晶内の微小な欠陥(“トラップ”)が電子の流れを妨げ、劣化の原因になっていました。本研究では、ルビジウム塩化物を用いて結晶成長を均一化し、さらに2種の有機アンモニウム化合物(DMOAIとPEACl)でヨウ化物および臭化物イオンの偏析を防ぎ、トラップ密度と劣化を大幅に低減しました。その結果、1000ルクス(明るいオフィス相当)の室内光下で世界最高となる**37.6%**の変換効率を達成し、従来の商用室内用セルの約6倍になりました。また、100日後でも機能の92%を保持し、過酷な条件(55 °C・300時間連続照射)下でも76%を維持できるなど、耐久性にも優れています。これにより、キーボードやリモコン、センサーなどのIoTデバイスが電池不要で動作する可能性が拓かれました。低コストかつ印刷技術による製造が可能な点も強みで、研究チームは商業化に向けた検討を進めています。研究成果は学術誌『Advanced Functional Materials』に掲載されました。

<関連情報>

広帯域ギャップペロブスカイトにおける三重パッシベーション再組み立てとn型からp型へのモジュレーションにより、室内太陽光発電効率を37.6%に向上 Enhancing Indoor Photovoltaic Efficiency to 37.6% Through Triple Passivation Reassembly and n-Type to p-Type Modulation in Wide Bandgap Perovskites

Siming Huang, Shanyue Hou, Galyam Sanfo, Jingdong Xu, Yuting Wang, Himal Muwanwella, Lukas Pfeifer, Xiang Liu, Shaik M Zakeeruddin, Yuelong Huang, Michael Grätzel …
Advanced Functional Materials  Published: 30 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.202502152

Graphical Abstract

Triple Passivation Treatment (TPT) strategy enables 1.75 eV wide-bandgap perovskite solar cells (WB-PSCs) with suppressed halide phase segregation and n-to-p type surface transition. The photoluminescence quantum yield increases from 0.5 to 2.1%, indicating reduced non-radiative losses. The champion device achieves indoor photovoltaic efficiency of 37.6% under 1000 lux and 20.1% under 1 sun, with excellent stability retaining 92% efficiency after 3200 h.

屋内光で発電可能な新型太陽電池を開発、デバイスの電池不要化へ(New solar cells could power devices from indoor light)

Abstract

Despite well-matching indoor illumination spectra, the performance of wide bandgap perovskite solar cells (WB-PSCs) for indoor photovoltaics (i-PV) is hindered by photo-induced halide phase segregation and trap-assisted non-radiative recombination. Herein, a Triple Passivation Treatment (TPT) reassembly strategy is presented to simultaneously suppress bulk and surface defects. TPT induces a transition in perovskite surface energetics from n-type to p-type and remarkably increases the photoluminescence quantum yield from 0.5 to 2.1%, creating a more favorable band alignment for hole extraction whilst substantially reducing halide phase segregation. As a result, 1.75 eV WB-PSCs achieve an indoor Power Conversion Efficiency (iPCE) of 37.6% under 1000 lux illumination. Under standard sunlight conditions, the devices reach a Power Conversion Efficiency (PCE) of 20.1% and a fill factor of 78.5%, among the best performance parameters for this bandgap. Importantly, the passivated devices exhibit excellent shelf stability, retaining 92% of their initial performance after 3200 h. Under ambient air conditions at 55 °C, the unencapsulated devices maintained 76% of their initial PCE after 300 h continuous light soaking. The findings represent a significant breakthrough in the development of stable WB-PSCs for i-PV applications, with minimized nonradiative losses and enhanced performance.

0402電気応用
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