ペロブスカイト太陽電池の重要なブレークスルー

- Nov 07, 2019-

出典:scitechdaily.com


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ライス大学の材料科学者は、無機成分を使用して欠陥を制限し、効率を維持しています。

ライス大学の科学者は、ペロブスカイトベースの太陽電池が主流の使用を達成することを妨げる大きなハードルを克服したと信じています。

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ライス大学のポスドク研究員である嘉亮は、すべての無機材料で開発されたペロブスカイト太陽電池を保有しています。 有機コンポーネントを排除することでセルの欠陥を制御することで、電力変換効率を維持しながら、より堅牢になりました。 クレジット:Jeff Fitlow / Rice University

元素インジウムを戦略的に使用してペロブスカイトの鉛の一部を置き換えることにより、ライス材料科学者のジュン・ルーとブラウン・エンジニアリング・スクールの同僚は、ヨウ化セシウム鉛太陽電池の欠陥をよりうまく設計できると言います。化合物のバンドギャップ、太陽電池の効率において重要な特性に影響します。

副次的な利点として、研究室で新たに調合されたセルは屋外で作られ、数日ではなく数ヶ月持続し、太陽光変換効率は12%をわずかに上回ります。

ライスチームの結果は、昨日、2019年11月4日にAdvanced Materialsで公開されました。

ペロブスカイトは、効率的な集光器であることが知られている立方体状の格子を持つ結晶ですが、材料は光、湿度、および熱によってストレスを受ける傾向があります。

ルーは言った。

「私たちの観点から、これは新しいものであり、重要なブレークスルーを表すと思います」と彼は言いました。 「これは、10年前から話題になっている従来の主流のペロブスカイトとは異なります。これまでに記録された最高の効率、約25%をもたらす無機有機ハイブリッドです。 しかし、そのタイプの素材の問題はその不安定性です。

「エンジニアは、これらの貴重で繊細な材料を環境から保護するために、キャッピング層と物を開発しています」とルーは言いました。 「しかし、本質的に不安定な材料自体との違いを作るのは難しいです。 それが、私たちが何か違うことをしようと試みた理由です。」

全無機ペロブスカイト太陽電池の電子顕微鏡断面

電子顕微鏡画像は、ライス大学で開発された全無機ペロブスカイト太陽電池の断面を示しています。 上から順に、層は炭素電極、ペロブスカイト、酸化チタン、フッ素ドープ酸化スズ、ガラスです。 スケールバーは500ナノメートルに相当します。 クレジット:Lou Group / Rice University

イネのポスドク研究者であり、主著者であるJia Liangと彼のチームは、無機セシウム、鉛、およびヨウ化物のペロブスカイト太陽電池を構築し、テストしました。 しかし、臭素とインジウムを追加することで、研究者は材料の欠陥を打ち消すことができ、効率を12%以上に上げ、電圧を1.20ボルトに上げました。

ボーナスとして、材料は非常に安定していることが証明されました。 セルは、ヒューストンの高湿度に耐える周囲条件で調製され、カプセル化されたセルは、2か月以上空気中で安定であり、単純なヨウ化セシウム鉛セルの数日よりもはるかに良好でした。

概略図全無機ペロブスカイト太陽電池

模式図は、ライス大学の材料科学者によって開発された全無機ペロブスカイト太陽電池を示しています。 クレジット:Lou Group / Rice University

「この材料の最高の効率は約20%であり、もしそこに到達できれば、これは商用製品になる可能性があります」とLiang氏は言います。 「合成は非常に安価であり、ソリューションベースでスケールアップが容易なため、シリコンベースの太陽電池よりも優れています。 基本的には、基板上に広げて乾かし、太陽電池を手に入れるだけです。」

参照:「欠陥エンジニアリング対応の高効率全無機ペロブスカイト太陽電池」、Jia Liang、Xiao Han、Ji-Hui Yang、Boyu Zhang、Qiyi Fang、Jing Zhang、Qing Ai、Meredith M.Ogle、Tanguy Terlier、エンジェル・A・マルティとジュン・ルー、2019年11月4日、 上級資料
DOI:10.1002 / adma.201903448

 

 

この論文の共著者は、中国のノースウェスタン工科大学のシャオ・ハンです。 上海復旦大学のJi-Hui Yang。 ライスの大学院生、ボウ・チャン、チーイー・ファン、メレディス・オーグル、ポスドク研究員ジン・チャン、アカデミック・ビジター・チン・アイ、研究スペシャリストのタンギー・テリエ、化学、生物工学、材料科学およびナノ工学の准教授であるエンジェル・マーティ。 ルーは、材料科学とナノ工学、および化学の教授です。

ナノテクノロジーのPeter M.とRuth L. Nicholas博士研究員、Welch Foundation、China Scholarship Council、National Science Foundationが研究を支援しました。