主要成果
中国の材料科学者らが、ペロブスカイト太陽電池の印刷用インクに低重合速度のエポキシ樹脂を導入し、ペーパーサイズのパネルにおいて21.07%の認定効率を達成しました。この成果は、研究室条件下でのテストによるものです。従来、大面積の基板に溶媒ベースの太陽電池を形成させる際は、溶媒の急速な蒸発によってピンホールが発生したり、結晶粒の形成が不均一になったりすることが大きな課題となっていました。
技術・詳細
本技術では、液体半導体インクの中に制御可能な架橋剤（エポキシ樹脂）を組み込んでいます。このエポキシ分子が一時的なサポートマトリックスとして機能し、溶媒が除去される際の重合反応を制御することで、溶液層における結晶化の速度を遅らせます。これにより、インクが基板表面に均一に分散される間、結晶の凝集を防ぐことが可能となりました。
具体的なメカニズムと効果は以下の通りです。
- 結晶構造の均一化：架橋反応によってイオン前駆体が精密に整列し、高密度なペロブスカイト結晶粒が形成されます。これにより、電荷が熱エネルギーとして散逸する原因となる小さな空隙（ボイド）が排除されました。
- 界面の最適化：エポキシが結晶界面の露出した鉛およびハロゲン化物イオンに強固に結合します。これにより、電荷を収集電極へと導く電子経路が確保され、欠陥のない界面が構築されました。
- 大面積への適用：自動ブレードコーティングシステムを用いてペーパーサイズの基板に塗布し、制御された硬化プロセスを適用することで、広面積の堆積プロセスで発生しがちな不均一な結晶化を回避しました。
背景・業界の文脈
ペロブスカイト太陽電池は、小規模な研究室レベルのスピンコートセルでは非常に優れた変換効率を示しますが、製造スケールを拡大すると性能が劇的に低下するという課題を抱えています。これは、液体から固体へ転移する際の急速な溶媒蒸発が、ランダムな結晶成長や電荷キャリアをトラップする鋭い界面を形成するためです。本研究は、粘度制御と重合制御によってこの物理的な障壁を解消し、大面積パネルにおいても安定した光電特性を維持できることを実証しました。
今後の展望
実用化に向けては、いくつかの産業的ハードルが残っています。まず、現在のステップ成長重合はペーパーサイズには適していますが、商業生産にはより高速なロール・トゥ・ロール（R2R）設備への対応が必要です。また、さらに大型のパネルでは、端の部分に不整合が出ないよう、熱的・環境的条件を厳密に制御する必要があります。
コスト面では、特殊なエポキシ添加剤の合成費用が、現在のシリコン太陽電池で用いられている商業的前駆体よりも大幅に高いため、化学サプライヤーによる合成コストの削減が不可欠です。さらに、屋外環境での長期的な耐久性を証明するための生産ラインの最適化が、産業規模での実装に向けた次の大きな目標となります。
元記事: https://www.ecoportal.net/en/chinese-engineers-epoxy-printable-solar/43624/
毎週の技術動向レポートを無料でお届け
各分野の分析レポートを読む価値があるかどうか一目で判断できるインフォグラフィックをメールで受け取れます。
📢 メールマガジンに無料登録（週刊・技術動向レポート）
ご登録いただくと、Troy-Technical から週刊で技術動向レポート（メールマガジン）をお届けします。
- 取得したメールアドレス・選択分野は配信目的にのみ使用します。
- 第三者へ提供することはありません。
- 配信はいつでも解除できます（各メール下部のリンクから）。
詳しくはプライバシーポリシーをご覧ください。
登録は1分・いつでも解除できます
