ペロブスカイト太陽電池｜劣化損失を特定する新モデル、バルクと界面の寄与を定量化

2026年11月1日

Green Building Africa 南アフリカ

概要

ペロブスカイト太陽電池におけるバルク（層内部）と界面の劣化損失を分離して定量化できる解析モデルが開発されました。このモデルは既存の実験データと高い整合性を示し、電流密度の低下には界面よりもバルクでの再結合が支配的な要因であることを明らかにしています。これにより、材料組成の最適化や界面制御など、耐久性向上のための優先的なアプローチを特定することが可能になります。

詳細

主要成果

研究チームは、ペロブスカイト太陽電池の経時的な劣化において、「バルク再結合（吸収層内部での損失）」と「界面再結合（層間の境界での損失）」を分離して特定できる解析モデルを開発しました。このモデルを用いて分析した結果、デバイスの経年劣化に伴う電流密度の低下における主因はバルク再結合であり、界面再結合は二次的な役割に留まることが判明しました。

技術・詳細

本モデルは、定常状態のキャリア連続方程式と、バルクキャリア寿命および界面再結合速度の時間的変化を記述する速度論的劣化則を組み合わせて構築されています。これにより、時間関数としての電流密度をシミュレーションし、既存の文献にある2つの異なるデバイス構造の実験データと比較検証が行われました。

FTO / d Ti / m Ti / Spiro OMETAD / Au 構造：平均相対誤差 6.4%
混合ハロゲン化物ペロブスカイト（FTO / d Ti / m Ti / PTAA / Au）構造：平均相対誤差 0.8%

このように、モデルは実際の性能傾向と強く一致する結果を示しました。また、劣化による電子と正孔の再結合メカニズムへの影響は等しくなく、ペロブスカイト層内部および層間界面の両方において非対称に進行し、その挙動はデバイス構造によって異なることも明らかになりました。

背景・業界の文脈

ペロブスカイト太陽電池は、研究室レベルで26%を超えるエネルギー変換効率を達成しており、低コストな太陽電池製造を実現する有望な手法として注目されています。しかし、光照射や熱による性能低下、すなわち不安定性が大きな課題となっており、これが大規模な商業展開に向けた主要な障壁となっています。

今後の展望

本研究で提示された解析モデルは、性能損失が主に吸収材（バルク）で起きているのか、あるいは層間の界面で起きているのかを明確に区別できる実用的なフレームワークを提供します。この知見を活用することで、メーカーや研究者は、材料の配合変更、界面エンジニアリング、封止戦略のいずれを優先すべきかを正確に判断でき、商業用フォトボルタイク（PV）アプリケーションに向けたより耐久性の高い太陽電池の開発が加速すると期待されます。

元記事: https://www.greenbuildingafrica.co.za/new-model-pinpoints-degradation-losses-in-perovskite-solar-cells/

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