主要成果
研究チームは、逆構造ペロブスカイト太陽電池（PSC）において、27.05%という極めて高いエネルギー変換効率を達成すると同時に、優れた堅牢性を備えたデバイスを実現しました。特に注目すべきは、現実的な運用環境を模した昼夜のサイクル条件下での耐久性です。最大電力点追従（MPPT）試験において、1056時間が経過した後でも初期効率の90%以上を維持することに成功しました。
技術・詳細
本研究では、C60層とALD-SnO2（原子層堆積法による酸化スズ）層の界面における故障メカニズムを特定しました。具体的には、これら隣接する機能層の間で機械的特性に深刻なミスマッチがあるため、内部応力が蓄積しやすく、それが界面の剥離（デラミネーション）を招き、デバイスの劣化を加速させていたことが明らかになりました。
この課題を解決するため、研究チームはC60とALD-SnO2の間に、二次元材料であるg-C3N4（グラファイト状窒化炭素）を多機能緩衝層として導入しました。g-C3N4は以下の役割を果たします。
- 柔軟な「機械的ブリッジ」として機能し、界面の応力を緩和してマイクロクラックの形成を抑制する。
- 界面における電子輸送を促進し、効率的な電荷抽出をサポートする。
背景・業界の文脈
ペロブスカイト太陽電池の商業化において、現実的な昼夜のサイクルに伴う長期的な動作耐久性の確保は、依然として重大なボトルネックとなっています。これまでペロブスカイト層内部の熱機械的ストレスの管理については大きな進展がありましたが、隣接する機能層の界面で発生するサイクル誘起の劣化は、これまで大部分が見過ごされてきました。界面での機械的ミスマッチによる物理的な破壊は、化学的な劣化と同様にデバイス寿命を決定づける要因となります。
今後の展望
今回の研究成果は、界面の故障メカニズムに関する理解を深めるとともに、耐久性の高いペロブスカイト太陽電池を実現するための実用的な戦略を提示したものです。界面の機械的補強によって、実環境での過酷な温度・ストレスサイクルに耐えうるデバイス構造が示されたことで、今後の商業化に向けた加速が期待されます。
元記事: https://www.nature.com/articles/s41467-026-79172-7
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