NTUのチームはペロブスカイトセルをより環境に優しいものにする新しい方法を発見

シンガポールの南洋理工大学（NTUシンガポール）の科学者らが主導した研究は、ペロブスカイト太陽電池のキャッピング層を製造する新しいアプローチで無毒な金属を使用し、高い変換効率を維持しながら電池をより環境に優しいものにするという研究結果を発表した。

2009 年に最初のペロブスカイトベースの太陽電池が発表されて以来、科学者はペロブスカイト太陽電池の効率と安定性を高めるための新しい材料と製造技術を見つけ出すことに努めてきました。

事業化を阻むもう一つの原因細胞内の有毒元素が環境に与える影響です。 ペロブスカイトは、水分や酸素と反応したり、光や熱にさらされたり、長時間使用されたりすると分解する可能性があります。 セルが損傷または廃棄されると、ペロブスカイト材料とキャッピング層（環境ストレスからセルを保護し、その性能を高めるためにペロブスカイト層にコーティングされている）からの有毒な重金属鉛が環境を脅かす可能性があります。

NTU シンガポールの科学者らは、完全前駆体 (FP) 法と呼ばれる新しいアプローチを使用して合成された亜鉛ベースの化合物 PEA2ZnX4 が、ペロブスカイト セルの鉛フリー キャッピング層を作成できることを発見しました。

従来のハーフプリカーサー（HP）法を適用する場合、下にあるペロブスカイト層から鉛イオンを引き上げて保護キャッピング層を形成する必要があります。 しかし、FP法では、化合物溶液中の化学物質がペロブスカイト層の表面で直接反応できるため、より効果的です。

FP法を使用して、科学者らは亜鉛ベースの化合物でキャップされた1インチ×1インチのプロトタイプペロブスカイトセルを作成した。 電子顕微鏡と分光法で検査した結果、亜鉛ベースのキャッピング層は下層のペロブスカイト層の電気特性に影響を及ぼさず、ペロブスカイト層表面の欠陥をカバーし、集光能力を向上させるのに役立っていることが判明した。 模擬太陽光を使った実験では、プロトタイプのセルは光の 24.1% を電気に変換することができ、これはこれまでペロブスカイト太陽電池が達成した最高記録に近いものでした。

科学者らはまた、この新しい方法は、従来の鉛ベースのキャッピング層を作るためにペロブスカイト層から鉛イオンを抽出する必要がないため、ペロブスカイト層をより環境に優しく、安定かつ効率的にする取り組みに貢献し、これにより新たな機会が開かれると述べている。他の材料を適用してペロブスカイト層とキャッピング層の両方を再形成すると、セル全体の性能が最適化されます。

シンガポールの科学技術研究庁 (A*STAR) の材料研究工学研究所 (IMRE) も研究に参加しました。

研究の詳細は、2023 年 2 月の Nature Energy に掲載されています。科学者たちは、フルサイズのセルを製造する方法のスケールアップに取り組んでいます。

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