エネルギー科学：原子レベルでコヒーレントな中間層をSnO₂電極上に備えたペロブスカイト太陽電池

ペロブスカイト太陽電池では、ペロブスカイト層と電荷輸送層の界面に高濃度の欠陥が存在し（ペロブスカイト層内の約100倍）、これらは具体的には深い準位の欠陥で、デバイスの電力変換効率を大きく低下させている。こうした界面欠陥を少なくする最近の取り組みでは、主に表面安定化に重点が置かれてきた。しかし、電子輸送層と接するペロブスカイト表面の安定化は、電子輸送層の表面処理剤が、ペロブスカイト薄膜を被覆している間に分解してしまう可能性があるため難しい。別の方法として、電子輸送層とペロブスカイト層の間にコヒーレントな界面を形成できれば、界面の欠陥は問題にならない可能性がある。今回我々は、Cl結合したSnO₂とCl含有ペロブスカイト前駆体をカップリングさせることによって、SnO₂電子輸送層とハロゲン化物ペロブスカイト光吸収層の間に中間層を形成したことを報告する。この中間層は、ペロブスカイト層からの電荷の取り出しと輸送を促進する、原子レベルにコヒーレントな特徴を有し、また、界面の欠陥が少ない。こうしたコヒーレントな中間層の存在によって、標準照明下で電力変換効率25.8％（認証効率25.5％）のペロブスカイト太陽電池の作製が可能になった。さらに、封止されていないデバイスでは、500時間の連続光照射後であっても、初期効率の約90％が維持された。今回の知見から、金属ハロゲン化物ペロブスカイト層と電子輸送層の間の界面の欠陥を最少にする設計指針が得られる。

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