太陽電池：不純物修復界面エンジニアリングによる高効率ペロブスカイトサブモジュール

ペロブスカイト太陽電池のスケールアップ開発に影響を及ぼす問題の1つは、デバイス面積拡大時の著しい効率低下であり、これは欠陥サイトの不均一な分布に起因する。狭バンドギャップのホルムアミジニウムヨウ化鉛（FAPbI₃）では、内在不純物であるPbI₂やδ-FAPbI₃非ペロブスカイトが、電荷の輸送と抽出の悪化だけでなく、不都合な非放射再結合を引き起こす可能性がある。今回我々は、小面積太陽電池および大面積サブモジュールにおいてこの問題に対処するための、不純物修復（impurity-healing）界面エンジニアリング戦略を開発した。機能性カチオンである2-(1-シクロヘキセニル)エチルアンモニウムを導入すると、FAPbI₃上に高移動度の二次元ペロブスカイトが合理的に構築され、膜表面を水平に覆うとともに三次元ペロブスカイトの粒界に垂直に貫入する。この独特な構造によって、PbI₂不純物とδ-FAPbI₃不純物が安定な二次元ペロブスカイトに完全に変換され、均一な欠陥パッシベーションが実現されるだけでなく、効率的なキャリア輸送のための相互接続チャネルがもたらされる。その結果、FAPbI₃に基づく小面積（0.085 cm²）太陽電池は、25.86％を超えるチャンピオン効率と、86.16％という著しく高い曲線因子を達成した。作製した開口面積715.1 cm²のサブモジュールでは、22.46％という記録的な認証効率と81.21％という良好な曲線因子が得られ、光起電性能を十分維持しつつスケールアップを促すための不純物修復界面エンジニアリングの実現可能性と有効性が示された。

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