スズペロブスカイト太陽電池を効率化する自己組織化単分子膜 (SAM)形成材料

2PACzやMeO-2PACzなどのSAM形成材料は、鉛ペロブスカイトを光吸収層とするペロブスカイト太陽電池 （PSC)に用いることでその有用性が報告されました¹⁾。カルバゾール骨格をもつこれらのSAM形成材料は分子設計が容易であり、優れた機械的柔軟性、ドーパントを必要としないこと、光透過時の損失が無視できること、大面積化が可能であること、均一で電荷損失がないなどの特長があります。これらのSAMはホール選択的な中間層として機能し、鉛ペロブスカイトのPSCで20％以上の変換効率 (PCE)を示すことが報告されています²⁾。PSC-シリコンタンデム太陽電池においては、SAM中間層を導入することで29%以上のPCEが報告されました³⁾。
近年、Diauらは2PACz、MeO-2PACzを用いたスズペロブスカイト太陽電池について最初の研究成果を報告しています (デバイス構造： ITO/SAM/FASnI₃/C₆₀/BCP/Ag)。SAM形成材料としてMeO-2PACzを用い、デバイス作製条件を最適化することにより6.5%のPCEを示しました。安定性試験においては、グローブボックス内において初期PCEの80%が約1900時間維持されるという結果が得られています⁴⁾。本研究は、将来のスケールアップ生産を可能とするSAMベースの鉛フリーペロブスカイト太陽電池の開発の新しい方向性を提案するものです。

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引用文献

• 1) Self-Assembled Monolayers as Interface Engineering Nanomaterials in Perovskite Solar Cells
  • S. Y. Kim, S. J. Cho, S. E. Byeon, X. He, H. J. Yoon, Adv. Energy Mater. 2020, 10, 2002606.
• 2) Conformal monolayer contacts with lossless interfaces for perovskite single junction and monolithic tandem solar cells
  • A. Al-Ashouri, A. Magomedov, M. Roß, M. Jošt, M. Talaikis, G. Chistiakova, T. Bertram, J. A. Márquez, E. Köhnen, E. Kasparavičius, S. Levcenco, L. Gil-Escrig, C. J. Hages, R. Schlatmann, B. Rech, T. Malinauskas, T. Unold, C. A. Kaufmann, L. Korte, G. Niaura, V. Getautis, S. Albrecht, Energy Environ. Sci. 2019, 12, 3356.
• 3) Monolithic perovskite/silicon tandem solar cell with >29% efficiency by enhanced hole extraction
  • A. Al-Ashouri, E. Kohnen, B. Li, A. Magomedov, H. Hempel, P. Caprioglio, J. A. Marquez, A. B. Morales Vilches, E. Kasparavicius, J. A. Smith, N. Phung, D. Menzel, M. Grischek, L. Kegelmann, D. Skroblin, C. Gollwitzer, T. Malinauskas, M. Jost, G. Matic, B. Rech, R. Schlatmann, M. Topic, L. Korte, A. Abate, B. Stannowski, D. Neher, M. Stolterfoht, T. Unold, V. Getautis, S. Albrecht, Science 2020, 370, 1300.
• 4) Interfacial Engineering with a Hole-Selective Self-Assembled Monolayer for Tin Perovskite Solar Cells via a Two-Step Fabrication
  • D. Song, S. Narra, M.-Y. Li, J.-S. Lin, E. W.-G. Diau, ACS Energy Lett. 2021, 6, 4179.

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