深刻化する気候問題には、再生可能エネルギー採取装置に関するより優れた解決策が必要です。研究者らは、KAUST の有機輸送層ペロブスカイト セルの効率が 21.5% という、これまでで最高記録を破る記録を打ち立てました。
サウジアラビアのキング・アブドラ科学技術大学（KAUST）は、有機電子輸送層（ETL）をベースとしたペロブスカイト太陽電池を開発した。また、固定基として、ホスホン酸を用いた自己組織化単分子膜（SAM）を使用している。
この太陽電池は、標準的な照明条件下での試験において、約21.5%の電力変換効率を達成した。研究チームによると、これはペロブスカイト太陽電池としてはこれまで報告された中で最高の効率であり、しかも有機電子輸送層を用いた太陽電池としては最高値だという。
このデバイスは、開放電圧1.13V、短絡電流密度24.7mA/cm²を実現しています。また、フィルファクターは約77%です。
これらの修飾分子に対して熱重量分析（TGA）を行った結果、熱的に安定しており、重量減少はほとんど見られないことが明らかになった。356℃から268℃の間では、平均重量減少は約5%に過ぎなかった。
研究の筆頭著者であるステファン・デ・ウルフ氏は、「自己組織化単分子膜はすべて正孔を収集するように設計されており、これはピン極性構造のペロブスカイト太陽電池によく適合する」と述べた。
「ここで、私たちはカウナス工科大学が設計し合成したさまざまな電子選択性 SAM をテストし、これがピン極性ペロブスカイト太陽電池でうまく機能することを発見しました。つまり、電荷選択性を調整するために金属酸化物を SAM で装飾するという概念は、両方の極性でうまく機能することが証明されました。全体として、これには、たとえば接点の低温処理性など、かなりのメリットがあります。」
KAUSTによる効率21.5%のペロブスカイト太陽電池の開発
- 科学者は、アントラキノン (AQ) とナフタレンジイミド (NDI) で構成される非フラーレン半導体を使用します。
- 使用された 2 つの改変分子バージョンは、PAAQ と PANDI でした。
- 研究者らによると、この分子はセル内のインジウムスズ酸化物（ITO）表面との共有結合を可能にし、さらにペロブスカイトとのエネルギー的適合性も高めたという。
- セルはITOとガラスベースで構築されています 基板.
- これらには、電子選択性 SAM、Spiro-OMeTAD に基づく正孔輸送層 (HTL)、およびペロブスカイト吸収体も含まれています。また、銀金属はモリブデン酸化物 (MoOx) 層と接触しています。
研究者らは、「ITO表面へのSAM機能化によるUV-vis透過率の結果は、裸のITOおよびITO/SnO2膜と比較して、光学的損失がごくわずかであることを示している」と述べた。
「特に、PANDIベースのSAMは、PAAQベースのSAMよりもITO表面上で高い表面均一性を示します。ITO/PANDI表面の均一性の向上は、電界効果パッシベーションを通じて非放射性界面再結合を効果的に抑制できることが分かりました。これは、電荷キャリア寿命の延長とQFLS値の向上によって示されています」と彼らはさらに付け加えた。
研究者らはさらに、「SAMベースのデバイスの動作安定性を65℃でテストしたところ、90時間にわたって初期性能の1000%以上が維持されました」と説明した。
彼らは、PANDI SAMをピン構造を持つペロブスカイト太陽電池の将来有望な候補として検討している。これは、PANDI SAMが柔軟な基板に容易に適用できるためである。
「PANDIベースのデバイスは、動作時の長期的な熱安定性も向上しており、PANDI SAMがETL材料として将来的に利用される可能性を秘めていることが確認された」と研究者らは結論付けた。
