太陽電池：連続的に傾斜ドープされたSnO₂による高効率n–i–p型ペロブスカイト太陽電池

従来のn–i–p構造は依然として、スケーラブルなペロブスカイト太陽電池のロバストなプラットフォームであるが、その定常状態効率は約26％で停滞しており、p–i–n構造に後れを取っている。この性能のギャップは、テクスチャー加工された電子輸送層（ETL）/ペロブスカイト界面での永続的な非放射再結合に起因するが、その根底にある物理的起源はまだ分かっていない。今回我々は、こうした損失が、埋め込み界面におけるバンド不整合と電子蓄積の相乗的な組み合わせに起因することを示す。我々は、この二重の課題に対処するために、配位子競合的な結合戦略を通して、ビルトイン電場を形成する空間的に画定されたドーピングを可能にする、連続的に傾斜n⁺/nドープされたSnO₂ ETLを開発した。この傾斜構造は、バンドオフセットを最小化すると同時に電子抽出を加速し、それによって界面にまたがる再結合を効果的に抑制する。結果として得られたn–i–p型ペロブスカイト太陽電池（PSC）は、27.17％（逆スキャンで27.50％）という認証定常状態電力変換効率（PCE）を達成した。これは、これまで報告されたn–i–p型PSCでは最高値である。この戦略のスケーラビリティーは、1 cm²デバイスで25.79％のPCEを、開口面積16.02 cm²のペロブスカイトモジュールで23.33％のPCEを実現することによってさらに実証された。今回の成果は、金属酸化物輸送層におけるエネルギーバンドエンジニアリングに関する普遍的な例を示し、従来のペロブスカイト太陽電池における効率の根本的なボトルネックを克服するものである。

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