タンデム太陽電池の界面エネルギー損失を最小化する多機能分子を開発(Researchers Develop Multifunctional Molecule to Minimize Interfacial Energy Losses in Tandem Solar Cells)

2025-10-31 中国科学院(CAS)

中国科学院寧波材料技術与工程研究所(NIMTE)の葉繼春(Ye Jichun)教授率いる研究チームは、ペロブスカイト/シリコンタンデム太陽電池の界面エネルギー損失を最小化する新しい多機能分子「ケージ状ジアンモニウム塩」を開発した。この分子をペロブスカイト層とC₆₀層の界面に挿入することで、膜欠陥を低減し、界面双極子を制御してエネルギー損失を抑制する。これにより、1.68 eVペロブスカイト素子で22.6%(0.1 cm²)、21.0%(1.21 cm²)の変換効率を達成し、さらに単一構造のペロブスカイト/シリコンタンデム電池では31.1%の効率を実現した。また、1,020時間の連続動作後も初期性能の85%を保持し、優れた安定性を示した。この成果は『Nature Communications』誌に掲載され、タンデム型太陽電池の高効率化と長寿命化への重要な一歩と評価されている。

タンデム太陽電池の界面エネルギー損失を最小化する多機能分子を開発(Researchers Develop Multifunctional Molecule to Minimize Interfacial Energy Losses in Tandem Solar Cells)The cage-like molecule enables high-performance perovskite/silicon tandem solar cells. (Image by NIMTE)

<関連情報>

機能ケージ状二アンモニウム分子による界面エネルギー損失の最小化による効率的なペロブスカイト/シリコンタンデム太陽電池 Minimizing interfacial energy losses via multifunctional cage-like diammonium molecules for efficient perovskite/silicon tandem solar cells

Xin Li,Zhiqin Ying,Linhui Liu,Jun Wu,Haofan Ma,Ziyu He,Yunyun Yu,Yihan Sun,Meili Zhang,Xuchao Guo,Yuheng Zeng,Xi Yang & Jichun Ye
Nature Communications  Published:30 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-63720-8

Abstract

Wide bandgap (WBG) perovskites hold tremendous potential for enabling efficient perovskite/silicon tandem solar cells. However, interfacial energy losses at the perovskite/electron selective contact interface remain a substantial obstacle in approaching its theoretical efficiency limit. Herein, for the first time, a multifunctional cage-like diammonium chloride molecule, featuring Lewis acid/base groups and strong molecular polarity, is designed to reduce film defects and modulate the interfacial dipole, thereby suppressing non-radiative recombination and optimizing surface band alignment. More importantly, the unique cage-like cation can induce the formation of a phase-pure quasi-2D perovskite with spontaneous in-plane orientation and exhibits a pronounced ferroelectric effect, facilitating carrier further apart and extraction by upshifting the surface work function. Consequently, we achieve 1.68 eV perovskite solar cells with power conversion efficiencies (PCEs) of 22.6% (0.1 cm2) and 21.0% (1.21 cm2). Furthermore, two-terminal monolithic perovskite/silicon tandem solar cells based on tunnel oxide passivating contact yield an impressive PCE of 31.1% (1.0 cm2) and demonstrate a decent operational stability (ISOS-L-1, T85 > 1020 h in ambient conditions without encapsulation). The ferroelectric interface physics opens new possibilities for efficient and stable perovskite-based tandem photovoltaics.

0402電気応用
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