【原】含锡钙钛矿半导体界面结构控制法的开发及机理阐明

Wsz6868 2024-12-25

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2024/12/24

新闻发布会

含锡钙钛矿半导体界面结构控制法的开发及机理阐明

高性能多结(串联)型太阳能电池的实现

(江原正博集团等)

推特

概要

京都大学化学研究所的若宫淳志教授( iCeMS联合PI )、水丰湖博士后期课程(研究当时，现:牛津大学博士研究员)、Minh Anh Truong助教等研究小组由牛津大学的Henry J. Snaith教授、juju 作为与自然科学研究机构分子科学研究所的培赵特任助教、江原正博教授(综合研究研究生院大学)、理化学研究所的中野恭兵博士、但马敬介博士等的共同研究成果，开发了含有锡的Sn-Pb系钙钛矿半导体的界面结构控制法，将其作为底部单元使用，实现了全钙钛矿串联型太阳能电池(用语解说1 )的高性能化。

作为独自的添加剂，通过将分子内同时具有氨基酸基和羧酸基的苯丙氨酸(用语解说2 )用于Sn-Pb系钙钛矿半导体的前体溶液，开发了可以制作高品质的Sn-Pb系钙钛矿半导体膜的方法。通过各种光谱测定结果和理论计算，从化学的角度详细阐明了涂布成膜过程中苯丙氨酸是如何与钙钛矿的构成离子相互作用，选择性地结构控制被埋钙钛矿下层界面的机理。使用通过该方法得到的高品质的Sn-Pb系钙钛矿层制作的单结电池、2结型串联电池和3结型串联电池的各器件中，分别得到0.91 V、2.22 V和3.46 V的开路电压，为23.9% 另外，1 cm2大小的3结器件也获得了28.4% (产业技术综合研究所( AIST )认证值为27.28% )的光电转换特性。此外，本研究首次制作了4结型钙钛矿串联型器件，证实了可以得到高达4.94 V的开路电压和27.9%的光电转换特性。

本研究成果于2024年12月23日(当地时间16:00 pm )在线刊登在“Nature”上。

本研究成果:苯丙氨酸作为添加剂的钙钛矿层界面的结构控制和高性能串联型钙钛矿太阳能电池的开发

详情请参考京都大学的新闻发布。

URL:https://www.Kyoto-u.AC.jp/ja/research-news/2024-12-24-0

<术语解释>

术语解释1 )串联太阳能电池

将具有不同带隙(吸收的光的波长)的两个以上的太阳能电池串联排列，能够以更高的效率将太阳能转换为电能的太阳能电池。

已知在短波长区域的材料中使用钙钛矿太阳能电池作为顶单元，在长波长区域的材料中使用硅、CIGS、有机薄膜太阳能电池( OPV )、钙钛矿太阳能电池等作为底单元的材料等。其中，底部单元也使用钙钛矿太阳能电池的被称为全钙钛矿串联型太阳能电池。

术语解说2 )苯丙氨酸

侧链上具有苄基的氨基酸的一种。

关于研究项目

本研究在以下支持下进行。 JST-未来社会创造事业( JPMJMI22E2 )、日本学术振兴会科学研究费( JP21H04699、JP24H00481、JP22H05133、JP24K17663、JP24K01571 )

<论文标题和作者>

标题:

steering perovskite precursor solutions for multi junction photovoltaics

(多结太阳能电池用钙钛矿前体溶液处理方法)

作者:

Shuaifeng Hu,*^,†,a,b Junke Wang,^†,a Pei Zhao,^a,c Jorge Pascual,^b,d Jianan Wang,^e,f Florine Rombach,^a Akash Dasgupta,^a Wentao Liu,^b Minh Anh Truong,^b He Zhu,^e,f Manuel Kober-Czerny,^a James N. Drysdale,^a Joel A. Smith,^a Zhongcheng Yuan,^a Guus J. W. Aalbers,^g Nick R. M. Schipper,^g Jin Yao,^h Kyohei Nakano,ⁱ Silver-Hamill Turren-Cruz,^b,j André Dallmann,^k M. Greyson Christoforo,^a James M. Ball,^a David P. McMeekin,^a Karl-Augustin Zaininger,^a Zonghao Liu,^e,f Nakita K. Noel,^a Keisuke Tajima,ⁱ Wei Chen,^e,f Masahiro Ehara,^c René A. J. Janssen,^g,l Atsushi Wakamiya,*^,b and Henry J. Snaith*^,a

所属:

^aClarendon Laboratory, Department of Physics, University of Oxford, U.K.

^bInstitute for Chemical Research, Kyoto University, Japan.

^cResearch Center for Computational Science, Institute for Molecular Science, Japan.

^dPolymat, University of the Basque Country UPV/EHU, Spain.

^eWuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology (HUST), China.

^fOptics Valley Laboratory, China.

^gMolecular Materials and Nanosystems and Institute for Complex Molecular Systems, Eindhoven University of Technology, The Netherlands.

^hNational Thin Film Cluster Facility for Advanced Functional Materials, Department of Physics, University of Oxford, U.K.

ⁱRIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS), Japan.

^jInstituto de Ciencia de los Materiales (ICMUV), Universitat de Valencia, Spain.

^kHumboldt Universität zu Berlin, Institut für Chemie, Germany.

^lDutch Institute for Fundamental Energy Research, The Netherlands.

^†These authors contributed equally.

刊登的杂志:

Nature (2024 ) DOI:10.1038/s41586-024-08546-y