太陽電池：多接合太陽電池用ペロブスカイト前駆体溶液の取扱法

多接合太陽電池（PV）は、単接合セルの放射限界を超える電力変換効率（PCE）を達成する能力に優れているため脚光を浴びており、薄膜デバイスの場合、狭バンドギャップ（NBG）スズ–鉛（Sn–Pb）ペロブスカイトを改善することが極めて重要となっている。今回我々は、Sn–Pbペロブスカイト前駆体溶液の化学の理解に重点を置いて、Sn(II)種が前駆体や添加剤との相互作用を支配していることを発見し、カルボン酸基が溶液のコロイド特性と膜の結晶化の制御において担う役割と、アンモニウム基が膜の光電変換特性の改善において担う役割を明らかにした。これら2つの官能基を併せ持つ材料であるアミノ酸塩は、ペロブスカイト膜の半導体としての品質と均質性を大幅に改善し、個々の官能基を別々の分子の一部として導入した場合の効果を凌駕している。今回のSn–Pbペロブスカイト層の改良によって、PCEが単接合デバイスで23.9％、2接合デバイスで29.7％（認証値29.26％）、3接合デバイスで28.7％の太陽電池を作製することが可能になった。また、1 cm²のサイズの3接合デバイスは、28.4％（認証値27.28％）というPCEを示した。封止された3接合セルは、環境条件下で860時間の最大電力点追従（MPPT）後も、初期効率の80％を維持していた。さらに我々は、4接合デバイスを作製し、4.94 Vという最も高い開放電圧と27.9％というPCEを得た。今回の研究成果は、多接合型PVの新しいベンチマークを確立するものである。

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