「効率5%上昇」従来の太陽電池の上にペロブスカイト太陽電池を重ねる

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「効率5%上昇」従来の太陽電池の上にペロブスカイト太陽電池を重ねる

従来の太陽電池の上にペロブスカイト太陽電池を重ねることで、効率は28.3%となり、シリコン太陽電池のみの場合の23.3%を上回りました。

“A 5% improvement in efficiency is giant,” Priya said. “This basically means you are converting about 50 watts more sunlight for every square meter of solar cell material. Solar farms can consist of thousands of modules, so that adds up to a lot of electricity, and that’s a big breakthrough.”

参照元:https://news.psu.edu/story/659841/2021/05/28/research/scientists-develop-transparent-electrode-boosts-solar-cell
– ペンシルバニア州立大学 Penn State. May 28, 2021 –

国際研究チームは、極薄の金属電極を開発することで、半透明のペロブスカイト太陽電池を作ることができたと発表しましたた。

今回の研究は、完全に透明な太陽電池の開発に向けた一歩となります。

ペンシルベニア州立大学のカイ・ワン助教授(材料科学・工学)は話します。

「透明な太陽電池は、いつの日か家庭やオフィスビルの窓に設置され、無駄になっていた太陽光から電気を生み出すことができるようになるでしょう。これは大きな一歩です。ついに効率的な半透明の太陽電池を作ることに成功したのです。」

従来の太陽電池はシリコンから作られていますが、科学者たちは、より効率的な太陽電池を作るために、シリコン技術の限界に近づいていると考えています。

科学者たちは、ペロブスカイト太陽電池が有望な代替品であり、従来の太陽電池の上にペロブスカイト太陽電池を重ねることで、より効率的なタンデムデバイスを作ることができると述べています。

ペンシルベニア州立大学の研究担当副学長で、材料科学・工学の教授であるシャシャンク・プリヤ氏は話します。

「私たちは、非常に薄い、ほとんど数原子層の金から電極を作ることができることを示しました。この薄い金層は高い導電性を持ち、同時に太陽電池の太陽光吸収能力を妨げることもありません。」

研究チームが開発したペロブスカイト太陽電池は、半透明のセルとしては記録的な19.8%の効率を達成しました。

また、従来のシリコン太陽電池と組み合わせた場合、タンデムデバイスの効率は28.3%となり、シリコン太陽電池のみの場合の23.3%を上回りました。

タンデム化
2つの機能的な役割をするものを並べる事。

この成果は、Nano Energy誌に掲載されました。

プリヤ氏は話します。

「5%の効率向上は非常に大きなものです。これは基本的に、1平方メートルの太陽電池材料で約50ワット多くの太陽光を変換できることを意味します。ソーラーファームは何千ものモジュールで構成されていますから、これは大量の電力につながり、大きなブレークスルーとなります。」

これまでの研究では、極薄の金薄膜がペロブスカイト型太陽電池の透明電極として有望視されていたが、均一な層を作るのに問題があり、導電性が低くなっていたという。

研究チームは、クロムをシード層として用いることで、金が上に形成され、導電性の高い連続した極薄層が得られることを発見しました。

ペンシルベニア州立大学のDong Yang助教授(材料科学・工学)は話します。

「通常、金のようなものを薄く成長させた場合、ナノ粒子は互いに結合して小さな島のように集まってしまいます。クロムは表面エネルギーが大きいので、金がその上に成長するのに適した場所を提供し、実際に金が連続した薄膜を形成することができるのです。」

ペロブスカイト太陽電池は、5つの層で構成されており、透明電極としてテストされた他の材料は、セルの損傷または劣化した層です。

科学者たちは、金の電極で作られた太陽電池は安定しており、実験室でのテストでは時間が経っても高い効率を維持していると述べています。

ヤン教授は話します。

「透明電極を用いたタンデム型太陽電池の設計における今回のブレークスルーは、ペロブスカイト型太陽電池やタンデム型太陽電池への移行に向けた効率的なルートを提供するものです。」

ペンシルベニア州立大学からは、Tao Ye、Jungjin Yoonの両博士研究員と、Yuchen Hou博士研究員が参加しました。

また、中国陝西師範大学のXiaorong Zhang氏、中国科学院のShengzhong Liu氏、湖北大学のCongcong Wu氏、米国陸軍戦闘能力開発司令部のMohan Sanghadasa氏も研究に貢献しています。

海軍研究局、陸軍高速イノベーション基金、空軍科学研究局が本研究に資金を提供しました。

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