両面一体型オール

Light Publishing Center、長春光学研究所、精密機械物理学、CAS

画像：両面モノリシックオールペロブスカイトタンデムの概略図（左）と断面走査型電子顕微鏡画像（右）。もっと見る

クレジット:Hongjiang Li、Yului Wang、Han Gao、Mei Zhang、Renxing Lin、Pu Wu、Ke Xiao、Hairen Tan 著

メタルハライドペロブスカイト太陽電池は、電力変換効率 (PCE) が 4% 未満から 25% 以上に急速に増加するため、大きな注目を集めています。 ペロブスカイト太陽電池の商品化には、追加コストを抑えて性能をさらに向上させることが極めて重要です。 最も有望なルートの 1 つは、単接合太陽電池のショックレー クワイサー限界を克服するためにタンデム構成を採用することです。

相補的なバンドギャップを持つ 2 つの吸収体を積層することにより、タンデム太陽電池は単接合の太陽電池よりも高い PCE を約束します。 ペロブスカイトはタンデム型太陽電池にとって非常に望ましいものです。 オールペロブスカイトタンデム型太陽電池は、その低コスト、高い比出力、および柔軟性により、非常に有望です。

eLightに掲載された新しい論文の中で、南京大学のハイレン・タン教授率いる科学者チームは、初の両面受光モノリシック全ペロブスカイトタンデム太陽電池を実証した。 彼らの論文「両面モノリシック全ペロブスカイトタンデム太陽電池の出力可能性を明らかにする」では、デバイスの出力可能性が大幅に高いことがわかりました。

モノリシックオールペロブスカイトタンデムは、最近認定された値 28.0% まで大幅に改善されました。 これらの進歩にもかかわらず、エネルギー平準化コスト (LCOE) を下げるために、より高い出力電力密度 (OPD) を達成するための他の戦略が依然として強く望まれています。 ペロブスカイト太陽電池の OPD を高めるもう 1 つの効果的な戦略は、両面受光構成を利用することです。 デバイスの背面に到達する光、つまりアルベド (周囲からの反射光と散乱光) を利用することで、大幅な OPD ゲインが可能になります。

背面電極として透明導電性酸化物 (TCO) を使用すると、十分に確立された単面構成に基づいて両面ペロブスカイト太陽電池を構築できます。 さらに重要なことは、両面ペロブスカイト太陽電池は、単面ペロブスカイト太陽電池よりも安定であるということである。 数値シミュレーションは、両面受光タンデムセルがタンデムアーキテクチャと両面受光設計の利点を継承できることを示しています。 これにより、単接合型両面受光型太陽電池や単接合型太陽電池を超える熱力学的効率が可能になります。

アルベドが存在する場合、モノフェイシャルタンデムでの最適化された電流マッチング設計は、両面フェイシャル構成の不一致につながります。 下部サブセルの電流は、両面モノリシックタンデムのアルベドとともに増加します。 モノフェイシャルタンデムと比較して、背面の透明電極は、背面反射なしで光を透過できるようにすることで、下部サブセルの電流を削減します。 両面受光タンデム構成では、現在のマッチングを再設計する必要があります。

研究チームは、透明導電性酸化物（TCO）を背面電極として使用することにより、両面受光オールペロブスカイトタンデム太陽電池の設計と製造を実証した。 トップサブセルのバンドギャップエンジニアリングを導入して、さまざまな背面照明下で電流マッチングを実現しました。 太陽光発電パラメータおよびスペクトル応答に対するアルベドの影響は系統的に調査されています。 エネルギー収量の計算により、実際の条件下で両面受光アーキテクチャを利用することにより、より高い出力電力密度が明らかになりました。

両面オールペロブスカイトモノリシックタンデムは、透明な背面電極を使用して実証されました。 これにより、タンデムの後部に当たる光を取り込むことができます。 両面フェイシャルタンデムは、モノフェイシャルタンデムよりも顕著な性能向上を示しました。 上部サブセルのバンドギャップのみを調整して、背面照明と両面受光タンデムの電流マッチングを実現しました。これは、40% 未満のアルベドに対して有効でした。 アルベドが 40% を超えると、タンデムの電流密度は飽和します。 研究者らは、上部サブセルのバンドギャップをさらに減らすか、下部サブセルのバンドギャップを増やすことを提案しました。

ALD で堆積した SnO2 とスパッタリングされた透明導電酸化物 (ITO) を背面コンタクトとして使用すると、背面電極のハロゲン化物腐食を回避できます。 トップセルの臭化物含有量を減らすと、ハロゲン化物の偏析を軽減できます。 両面受光タンデムは、さまざまな気候条件におけるさまざまな存在根拠のある現実世界の条件で、大幅なエネルギー収量の増加を示しました。 両面オールペロブスカイトタンデムは、背面で光を集めて OPD を高めることを目的としているため、実用規模での適用が期待されています。

研究者らは、グリッドガラス基板上に製造された両面オールペロブスカイトタンデムは、柔軟な両面オールペロブスカイトタンデム用のフレキシブル基板上でも加工できることに注目した。 気候条件と地面は、アルベドの強度とスペクトルに直接影響を与えます。 さまざまな気候条件や地面には、トップサブセルの異なるバンドギャップを備えたカスタマイズされた両面受光タンデムが必要です。 太陽追跡技術は、アルベドを利用する両面受光タンデムを誘引します。 この研究は、安定性が向上し、より高い出力電力を実現する新しいデバイス アーキテクチャとして、両面フェーシャル オール ペロブスカイト タンデムの可能性を明らかにしています。

eライト

10.1186/s43593-022-00028-w

両面モノリシックオールペロブスカイトタンデム太陽電池の出力可能性を明らかにする

免責事項: AAAS と EurekAlert! EurekAlert! に投稿されたニュース リリースの正確性については責任を負いません。 貢献機関による、または EurekAlert システムを介した情報の使用。