ペロブスカイト太陽技術のブレークスルー
ドイツのヘルムホルツ・ツェントルム・ベルリン（HZB）の研究者らは、複雑なトリプルジャンクションペロブスカイト太陽電池を開発し、記録的な27.3%の効率と、連続運転下で770時間の寿命を実証した。この進歩は、ペロブスカイト光起電技術が直面する二大課題である効率と耐久性に対処するものである。
トリプルジャンクションセルの仕組み
トリプルジャンクション太陽電池は、3つの異なる吸収層を積層し、それぞれが太陽スペクトルの特定部分を捕捉するように調整されている。高エネルギー（青）、中エネルギー（緑）、低エネルギー（赤）の光子を吸収する材料を組み合わせることで、単接合セルのショックレー・クワイサー限界を理論的に超えることができる。HZBチームは、層間の界面を最適化してエネルギー損失を最小限に抑え、電荷抽出を改善した。
効率と安定性の指標
新しいセルは、標準試験条件下で認定効率27.3%を達成した。さらに重要なことに、連続照明と最大電力点追跡下で770時間後も初期効率の80%を維持した。これは、従来のトリプルジャンクションペロブスカイトセルが数百時間以内に劣化することが多かったのに対し、大幅な改善である。
材料と製造の革新
研究者らは、有機-無機ハイブリッドペロブスカイトと完全無機ペロブスカイトを組み合わせて3つの接合部を形成した。均一な膜形成と欠陥低減のために高度な成膜技術を採用し、また、効率低下の主因である非放射再結合を抑制する新しいパッシベーション戦略を開発した。
太陽エネルギーへの影響
ペロブスカイト太陽電池は、低コスト製造と高効率の可能性から大きな関心を集めている。しかし、安定性の問題が商業化を妨げてきた。HZBの実証は、トリプルジャンクション設計が高効率と長期動作寿命の両方を達成できることを示し、ペロブスカイト技術を実用規模の太陽光発電所や建材一体型太陽光発電への応用に近づけるものである。
他の技術との比較
単接合ペロブスカイトセルは約25～26%の効率に達しており、シリコンセルは27%近くが上限である。トリプルジャンクション設計はこれらの限界を超えることができる。このセルの27.3%の効率は、最高のシリコン-ペロブスカイトタンデムと競合するが、完全にペロブスカイトベースであるため製造が簡素化される利点がある。
今後の研究の方向性
HZBチームは、新しい封止方法や代替コンタクト材料を探求することで、さらなる安定性向上を計画している。また、セルサイズを実験室規模から商用モジュールに拡大することを目指している。技術移転を加速するため、産業界との協力も進められている。
結論
効率27.3%、寿命770時間のトリプルジャンクションペロブスカイト太陽電池の開発は、光起電研究における重要なマイルストーンである。これは、ペロブスカイト技術が高性能と耐久性の両方を達成できることを示し、効率的で安定かつ低コストな次世代太陽電池への道を開くものである。
本記事はInteresting Engineeringの報道に基づいています。原文を読む。
Originally published on interestingengineering.com