主要成果
研究チームは、FA-Cs混合陽イオンペロブスカイト太陽電池において、変換効率26.37%という高い値を達成しました。さらに、長期耐久性の評価指標であるISOS-L-1lプロトコルに基づいた試験において、2,200時間経過後も初期性能の96.47%を維持することに成功しています。これにより、これまで課題となっていた環境下での安定性と高効率の両立に向けた大きな前進を示しました。
技術・詳細
本研究では、準インサイチュ走査透過電子顕微鏡（quasi- in situ STEM）を用いることで、環境曝露時に劣化の起点となる「ナノスケールの不均一性」を明らかにしました。具体的には、結晶粒の三重点（grain triple junctions）にセシウム（Cs⁺）が濃縮して偏析し、相分離が開始されることが判明しました。この局所的な不安定性が構造的な乱れとδ-CsPbI3の結晶化を誘発し、それが隣接する結晶粒へと伝播することで、ペロブスカイトマトリックスおよび界面の光電子特性を段階的に劣化させていたことが分かりました。
この陽イオンの不均一性を抑制するため、研究チームはN-Octylsulfobetaineを導入しました。この物質は以下の3つの役割を果たします。
- 結晶化キネティクスの制御による陽イオン分布の均一化の促進
- 結晶粒界のパッシベーション（不活性化）
- 水および酸素の侵入に対する耐性の向上
背景・業界の文脈
フォルマミジニウム（FA）とセシウム（Cs）を混合した陽イオンペロブスカイトは、高い性能が期待される一方で、環境安定性の低さが太陽電池としての実用化、特に長期的な耐久性の確保において大きな障壁となっていました。これまで、劣化のナノスケールにおける根本的な原因は十分に解明されていませんでした。
今後の展望
本研究によって、FA-Csペロブスカイトにおける環境劣化のナノスケール経路が解明されました。陽イオンの分布を制御し、結晶粒界を適切に処理することで、環境耐性を劇的に向上させられることが実証されたため、今後は高効率かつ堅牢なペロブスカイト太陽電池の商用化に向けた重要な指針になると期待されます。
元記事: https://www.nature.com/articles/s41467-026-79158-5
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
