ハイブリッドペロブスカイト材料で作られた大面積太陽電池が、初めて工業的方法でセルを製造したオーストラリアと英国の研究者のおかげで、商業化に一歩近づいた。ロールツーロール印刷として知られる技術を使用して周囲条件下で製造されたこのセルは、個々の小面積セルの場合は最大 15.5%、大面積モジュール内の直列接続されたセルの場合は 11% という比較的高い電力変換効率を示します。研究者らによると、このセルは製造コストも安く、生産量が0.70万メートルに達すると計算上のコストはワット当たり1ドルに下がるという。2 1年当たり。
ペロブスカイト材料は、無機成分と有機成分の両方を含む場合、「ハイブリッド」と呼ばれます。すべてのペロブスカイトと同様、ハイブリッドの化学式は ABX です。3、ただし、この場合、A は有機カチオン、B は鉛、X はヨウ化物、臭化物、または別のハロゲン化物である可能性があります。構造的には、小さな有機陽イオンで満たされたハロゲン化鉛の骨格が含まれており、調整可能なバンドギャップにより広範囲の太陽光スペクトル波長にわたる光を吸収できるため、薄膜太陽電池として非常に有望です。
「私たちは長い間印刷有機太陽電池に取り組んできましたが、ペロブスカイト太陽電池が登場したとき、有機太陽電池の分野は比較的ゆっくりと進歩していました。」と氏は言います。 ドゥージン・ヴァク オーストラリアの 連邦科学産業研究機構（CSIRO）の同僚とともにプロジェクトを主導しました。 ケンブリッジ大学, モナッシュ大学 と ニューサウスウェールズ大学.
Vak 氏のような研究者にとって、ハイブリッド ペロブスカイト太陽電池の興味深い点は、その電力変換効率が原理的に、シリコン、ガリウムヒ素、テルル化カドミウムなどの確立された太陽電池材料と同等であることです。しかし実際には、高効率ハイブリッドペロブスカイト太陽電池はこれまでのところ実験室でのみ実証されています。工業プロセスを使用してこれらの材料から効率的な大面積デバイスを製造することは依然として困難です。
11 cm² パネルで 50% の効率
最新の研究で、Vak氏らは効率11%、面積最大50cmのハイブリッドペロブスカイト太陽電池パネルを生産できることを示した。2 ロールツーロール印刷を使用します。この技術は、新聞の印刷方法に似た連続プロセスでセルを製造します。連続したコーティング、印刷、乾燥の段階で、一方の端のフィルムのロールがもう一方の端の完成品で満たされたロールに変わります。
多くの工業プロセスでは、これらすべての製造ステップが 1 回のパスで完了します。ただし、この場合、研究者はデバイスを製造するために複数の実験を使用しました。また、ロールツーロール印刷で従来使用されていた真空ベースの金属電極を、ペロブスカイト材料と互換性のある印刷カーボン電極に置き換えました。
この調整のおかげで、チームは 10 日あたり 000 個を超える太陽電池を製造して分析することができました。この「高スループット」実験により、研究者はさまざまな処理パラメータの最適値を迅速に特定することができ、最終デバイスの効率が向上しました。
さまざまなアプリケーションのプロトタイプ
「私たちはペロブスカイト太陽電池も有機ベースの太陽電池と同じように完全に印刷できると考えましたが、かなりの進歩を遂げました」とヴァク氏は言う。 「最後のハードルは、真空ベースの背面電極を排除することでしたが、この作業でなんとかその目標を達成することができました。」
プラズマ、ナノ粒子、プリンテッドエレクトロニクス
研究者らは、自分たちが製造したモジュールは、さまざまな用途でテストするためのプロトタイプとして使用できる可能性があると述べている。「シリコン太陽電池のような成熟した太陽電池技術を通常使用する従来の分野では容易に採用できるレベルではないが、私たちは用途を特定した」そして、このテクノロジーが競争上の優位性を持つプレミアム市場です」と Vak 氏は言います。 「例えば、私たちは宇宙への応用を検討しており、最近打ち上げられた衛星に印刷されたペロブスカイト太陽電池モジュールを設置しました。」
に掲載されたこの研究では、 ネイチャー·コミュニケーションズ、研究者たちが製造した最大の太陽電池モジュールは10 cm x 10 cmでした。これは学術研究の範囲内ではかなり大きいと考えられていますが、現実世界のアプリケーションにはまだ小さすぎます。したがって、研究者にとっての次のステップは、技術をスケールアップすることです。 「幸いなことに、CSIRO ではペロブスカイト太陽電池用の最先端の印刷施設の設置が完了したところです。この新しいパイロットスケールのプリンターで技術を進歩させることができるでしょう」と Vak 氏は語ります。 物理学の世界.
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- 情報源： https://physicsworld.com/a/roll-to-roll-fabricated-hybrid-perovskite-solar-cells-reach-record-efficiencies/
