太陽電池：カリウムによる不活性化を用いるハロゲン化物ペロブスカイトのルミネッセンスの最大化と安定化
Nature 555, 7697 doi: 10.1038/nature25989
金属ハロゲン化物ペロブスカイトは、さまざまな高性能オプトエレクトロニクス用途に高い関心が持たれている。ペロブスカイトのバンドギャップは化学組成を変えることによって連続的に調整できることから、ペロブスカイトには、有色発光体、建物一体型太陽電池、タンデム太陽電池の電力変換効率を高める構成要素としての用途が開かれる。しかし、非放射損失によって性能が制限され、最先端のペロブスカイト太陽電池でも、標準的な太陽光照射条件下でのルミネッセンス収率は100％にはまだほど遠い。さらに、バンドギャップを約1.7～1.9 eVで連続的に調整できるように設計された混合ハロゲン化物ペロブスカイト系では、光誘起イオン分離によってバンドギャップに不安定性が生じる。本論文では、表面と粒界をカリウムハロゲン化物不活性化層で修飾することによって、ペロブスカイト膜と界面における非放射損失と光誘起イオン移動の両方が著しく緩和されることを実証する。フォトルミネッセンスの外部量子収率は66％に達し、これは95％を超える内部収率に相当する。40 cm2 V−1 s−1を超える高い移動度を維持しながら、高いルミネッセンス収率が達成され、高いルミネッセンスと優れた電荷輸送の両方という困難な組み合わせが実現された。積層太陽電池の電極と接続すると、高い効率を得るには最大化しなければならない量である外部発光収率が最大15％に維持され、界面が非常にクリーンであることが示された。さらに我々は、不活性化されていないとバンドギャップの不安定性を示す材料において、広い範囲の混合ハロゲン化物ペロブスカイトのバンドギャップで、過渡的な光誘起イオン移動過程が抑制されることも実証する。我々は、これらの結果を、完全に動作する太陽電池で確認した。今回の結果は、タンデム太陽電池、有色発光ダイオードなどのオプトエレクトロニクス応用において効率の限界に近づき得る、調整可能な金属ハロゲン化物ペロブスカイト膜と界面の構築への重要な進歩である。
