研究者らは、光、熱、紫外線ストレス下におけるペロブスカイト太陽電池モジュールの記録的な安定性を達成した
研究者らは、光、熱、紫外線ストレス下におけるペロブスカイト太陽電池モジュールの記録的な安定性を達成した
出典：PV Magazine
国際研究チームが、より強固なペロブスカイト膜を実現する共結晶工学戦略に基づく新たな2次元ペロブスカイト中間層を開発しました。この中間層は、小面積ペロブスカイト太陽電池の性能向上を実証し、48cm²のモジュールでは5,000時間経過後も初期効率の95%を維持することに成功しました。
2026年1月15日 ヴァレリー・トンプソン
画像: Narges Yaghoobi Nia、Iritaly Trading Company
国際研究チームは、化学反応を基盤とした産業応用可能なパッシベーション技術を用いて、光、熱、紫外線ストレス下におけるペロブスカイト太陽電池モジュールの記録的な安定性を達成しました。特筆すべきは、48cm²の実証モジュールが、1太陽光照射と最大出力（MPP）を5,000時間連続照射した後も、初期効率の約95%を維持したことです。
責任著者のナールゲス・ヤグービ・ニア氏はpv magazineに対し、「本研究の重要な新規性は、従来のイオン性バルキーカチオンではなく、中性分子をベースとした2次元（2D）ペロブスカイト共結晶工学戦略を導入したことです」と語り、さらに、ベンゾグアナミン（BGA）として知られる中性トリアジン系分子が「イオン交換ではなく分子間相互作用によって、化学量論的な2Dペロブスカイト共結晶相を形成するためのコフォーマーとして機能できること」を実証したと付け加えました。
研究者らは、BGAが「強力なルイス付加物と分子間結合を形成する」ことで、ペロブスカイト複合薄膜中のハロゲン化物と陽イオン性空孔の両方を選択的に不活性化し、多機能剤として作用することを突き止めました。
「これらのBGAベースの2Dペロブスカイト膜は、長時間の周囲光照射下でも、イオンの移動と揮発性MA+陽イオンのガス放出を効果的に遮断します」と研究者らは述べ、安定した2Dペロブスカイト相は元の3Dペロブスカイトの化学量論を変化させなかったと付け加えました。
ヤグービ・ニア氏によると、3D層へのダメージを回避するために、非極性で産業用途に適した溶媒を使用したことも斬新でした。
最適化されたペロブスカイト太陽電池において、処理済み薄膜を実証した結果、1太陽光照射およびMPP条件で5,000時間照射した後でも、95%以上の効率維持率が得られました。熱ストレス試験では、対象デバイスは85℃で5,000時間照射した後でも91%以上の効率維持率を示し、大気条件下で1,000時間の連続UV照射およびMPPトラッキング試験を行った後でも98%以上の効率維持率を示しました。
研究者らはまた、最大48cm²のアクティブエリアを持つモジュールを作製し、18.5%の電力変換効率とIEC/ISOS商用要件を超える安定性レベルを達成しました。小面積太陽電池の効率は23.4%でした。
「当社の共結晶エンジニアリング手法は、これまでに発表された結果と比較して、効率と安定性の両方において明確な向上を示しています」と研究者らは述べています。「これらの進歩は、ペロブスカイト商用化における最後の大きな障壁の一つ、すなわち現実的な動作条件下でのモジュールの長期安定性に直接的に対処します」とYaghoobi Nia氏は述べています。
製造可能性に関しては、共結晶エンジニアリング プロセスは、既存のペロブスカイト製造ワークフローと互換性があるように設計されました。
「プロセスの観点から言えば、標準的な3Dペロブスカイト層の上に堆積工程を1つ追加するだけです」とヤグービ・ニア氏は説明し、複雑な合成、高温処理、真空工程、あるいは新たな資本集約型ツールは不要だと付け加えた。「これにより、既存の太陽光発電製造ラインへの技術移転の障壁が低くなります」と彼女は指摘した。
2D共結晶層は、非極性溶媒からの溶液堆積と、その後の穏やかな熱アニールによって形成される。「重要なのは、複雑さは技術的なものではなく、化学的なものであるということです。革新性は分子設計と界面化学にあり、追加の製造工程にあるわけではありません。そのため、このアプローチはスケールアップと産業導入において非常に魅力的です」とヤグービ・ニア氏は強調した。
この研究は、イリタリー・トレーディング・カンパニーとローザンヌ連邦工科大学（EPFL）のチームが主導し、ローマ・トル・ヴェルガータ大学、物質構造研究所、アルゴンヌ国立研究所、イタリアに拠点を置くGreatcell Solarの研究者らが参加した。
研究者らは、BGAを用いた研究を「非極性溶媒を用いて独自の共結晶低次元ペロブスカイト相を実現し、高効率で安定したペロブスカイトデバイスを実現する画期的な化合物」と評価しました。
この研究の詳細は、Nature Energy誌に掲載された「効率と安定性を向上させたペロブスカイト太陽電池モジュールのための二次元ペロブスカイト相の共結晶エンジニアリング」に記載されています。