Research Abstract

ヘテロ接合技術によって作製された効率が18.21%で面積が1 cm2を超えるペロブスカイト太陽電池

Perovskite solar cells with 18.21% efficiency and area over 1 cm2 fabricated by heterojunction engineering

2016年9月19日 Nature Energy 1 : 16148 doi: 10.1038/nenergy.2016.148

ヘテロ接合技術によって作製された効率が18.21%で面積が1 cm<sup>2</sup>を超えるペロブスカイト太陽電池

ペロブスカイト太陽電池(PSC)は、太陽光-電力変換効率(PCE)が高い有望で安価な光起電力技術である。ペロブスカイト層と電荷抽出層の間のヘテロ接合構造は、PSCの光起電力性能に非常に重要である。本論文では、電子受容性材料をペロブスカイト層に勾配を設けて分配したペロブスカイト-フラーレン傾斜ヘテロ接合(GHJ)を有する、効率の高い逆構造型PSCを報告する。この構造は、光電子収集を改善し再結合損失を低減するため、特にホルムアミジニウムカチオン系ペロブスカイトでは、PCEを向上できる。GHJ形成中にペロブスカイトをフラーレンでコンフォーマルコーティングすると、厚さがより薄い層で全体を覆うことができるため、より大きなデバイスでの抵抗損失が最小になった。今回の方法によって、ヒステリシスが小さく安定性が良好で高い効率を示す、センチメートルスケールのPSCの製作が可能になった。開口面積が1.022 cm2の電池に対して18.21%というPCEが、独立機関によって認定された。

Yongzhen Wu, Xudong Yang, Wei Chen, Youfeng Yue, Molang Cai, Fengxian Xie, Enbing Bi, Ashraful Islam & Liyuan Han

Corresponding Author

韓 礼元
国立研究開発法人 物質・材料研究機構 太陽光発電材料ユニット

Perovskite solar cells (PSCs) are promising low-cost photovoltaic technologies with high solar-to-electric power conversion efficiency (PCE). The heterojunction structure between perovskite and charge extraction layers is crucial to the photovoltaic performance of PSCs. Here, we report efficient inverted-structured PSCs with a perovskite–fullerene graded heterojunction (GHJ), in which the electron-accepting material is distributed in the perovskite layer with a gradient. This structure can enhance the PCE as it improves the photoelectron collection and reduces recombination loss, especially for the formamidinium cation-based perovskite. The conformal fullerene coating on perovskite during the GHJ deposition achieves a full coverage with reduced layer thickness, thus minimizing the resistive loss in larger sized devices. Our strategy enables the fabrication of centimetre-scale PSCs showing high efficiency with small hysteresis and good stability. A PCE of 18.21% was certified by an independent institution for cells with an aperture area of 1.022 cm2.