主要成果
蘇州大学の李永舫院士、李耀文教授、許桂英副教授らの研究チームは、大面積の柔性ペロブスカイト太陽電池において、認証光電変換効率20.2%（基底面積1050 cm²）を達成した。また、小面積の柔性デバイスでは26.9%の認証効率を記録している。特筆すべきは、85°Cの条件下で1000時間以上動作させた後も初期効率の92%以上を維持し、国際的な柔性ポータブル光伏モジュールの信頼性試験（IEC TS 63163:2021）に合格した点である。本成果は、学術誌『Science』に掲載された。
技術・詳細
研究チームは、柔性基板（PET/ITO）上の水酸基（OH基）が脱離しやすく、自組装単分子層（SAM）の固定（アンカリング）が遅いという動力学的な競争関係が、効率低下の根本原因であることを突き止めた。従来の共堆積法では、SAM分子がペロブスカイト前駆体と強く相互作用してしまい、基板への固定が不十分なまま水酸基が消失するため、界面の不均一性が生じていた。
この課題を解決するため、チームは「BSAI（3,5-ビス(メチルスルホニル)フェニルヨウ化アンモニウム）」分子を導入したデカップリング共堆積戦略を提案した。BSAIはペロブスカイト前駆体と優先的に結合することで、SAM分子（Me-4PACz）を前駆体の拘束から解放し、基板への迅速な固定を促す。これにより、以下の改善が実現した。
- 界面構造の最適化：厚さ1〜2 nmの連続的かつ均一なSAM層が形成され、界面の不連続性が解消された。
- 結晶成長の制御：ペロブスカイトの核生成開始時間を22.1秒から30.5秒へと適度に遅延させ、無秩序な結晶核を抑制し、α相(001)の優先配向を高めた。
- 大面積化への耐性：従来の共堆積法では大面積化に伴い効率が大幅に低下（1050 cm²で7.95%）したが、新戦略では20.2%と高い効率を維持した。
背景・業界の文脈
ペロブスカイト太陽電池は、軽量で曲げ可能、かつ高効率であるため、次世代光伏技術の重要方向とされている。小面積の柔性デバイスでは既に26.22%という剛性デバイスに近い効率が報告されているが、実用化に必要な大面積モジュールへスケールアップすると、効率と安定性が著しく低下することが業界共通の課題であった。特に、柔軟なプラスチック基板はガラス基板に比べて表面の化学的安定性が低く、高品質な薄膜を均一に形成することが困難であった。
今後の展望
本研究では、実用性の実証として、重量20.31 gの柔性モジュールを用いたポータブル充電やドローンへの搭載試験が行われた。ドローンの曲面翼に統合した結果、機体重量は約8%増加したが、飛行時間は8分から19分へ、飛行距離は約4 kmから9.5 kmへと大幅に延長された。今後は、長期的な屋外運用検証や封止技術の高度化、量産プロセスの確立が進むことで、ウェアラブル電子機器や交通手段、移動エネルギーシステムへの実装が期待される。
元記事: https://m.163.com/dy/article/L9TMREI605329TW8.html
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