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タンデム太陽電池を高効率化する自己組織化単分子膜形成試薬
No.187(2021/08発行)
ペロブスカイト太陽電池は高効率，低コストを特徴とする次世代型太陽電池として注目を集めています。近年では，印刷技術によるペロブスカイト太陽電池の大面積化と，他の太陽電池と組み合わせたタンデム太陽電池の開発が盛んです。
この電池の実用化に向けた課題として，安定性の低いホール輸送層の改善が挙げられます。これに対し，ホール輸送層に自己組織化単分子膜（SAM）を用い，ペロブスカイト太陽電池の効率化，安定化，コスト低減を実現した例が近年報告されています。中でもAlbrecht, Getautisらは，アルキルホスホン酸をアンカーとするカルバゾール系SAM形成試薬（2PACzおよびMeO-2PACz）を開発しました。これらのSAM材料は金属酸化物表面へ効率的にホールコンタクト層を形成します。このSAM材料を用いた太陽電池デバイスは高速の正孔抽出を可能とし，非輻射再結合を最小限に抑えることで高い開放電圧(Voc)とフィルファクター値(FF)を実現します。
さらに彼らは，2PACzのアルキル鎖長とカルバゾール置換基を変更したMe-4PACz (1)を開発しました。1を用いたペロブスカイト太陽電池の単一セルは，2PACzおよびMeO-2PACzと同等の20%以上の効率を実現できます。1はタンデム太陽電池において特に効果的であり，ペロブスカイト-シリコンタンデム太陽電池において1.92 VのVoc，84%のFFを示し，29.15%効率が観測されています。
Table. 自己組織化単分子膜（SAM）を用いた場合のPSC，OPVのエネルギー変換効率
文献
- 1) Conformal monolayer contacts with lossless interfaces for perovskite single junction and monolithic tandem solar cells
- 2) Co-Evaporated p-i-n perovskite solar cells beyond 20% efficiency: Impact of substrate temperature and hole-transport layer
- 3) Monolithic perovskite/silicon tandem solar cell with >29% efficiency by enhanced hole extraction
- 4) Self-assembled monolayer enables hole transport layer-free organic solar cells with 18% efficiency and improved operational stability
- 5) 20.8% slot-die coated MAPbI3 perovskite solar cells by optimal DMSO-content and age of 2-ME based precursor inks
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