主要成果
ペロブスカイト/シリコンタンデム太陽電池において、結晶格子の応力を弾性的に緩和する能力である「格子コンプライアンス（lattice compliance）」が、光熱安定性を支配する材料記述子であることが特定されました。この設計原理を適用した両面受光型モノリシック・タンデム太陽電池は、0.20アルベド相当の照明条件下で36.2 mW cm⁻²という高い発電密度を達成しました。さらに、ISOS-L-2試験（1-sun、65 °C）において1,000時間を超える動作後も、初期効率の90%を維持するという優れた安定性を示しました。
技術・詳細
本研究では、約1.55 eVのペロブスカイト吸収層を採用しています。これにより、従来の課題であった臭化物への依存度を下げ、光誘起のハロゲン化物分離を大幅に軽減させました。その結果、安定性の主たる課題は、臭化物の少ない吸収層が持つ固有の光熱耐性へと移行しました。
解析の結果、格子コンプライアンスが高い組成ほど、熱的に誘起されるマイクロストレイン（微視的歪み）の蓄積が抑制されることが分かりました。このメカニズムにより、以下の効果が得られます。
- 深い準位の欠陥（deep-level defects）が浅い状態へと移行する。
- バンド端のエネルギー的な無秩序（energetic disorder）が低減される。
これらの要因が組み合わさることで、結果として光熱安定性が向上します。
背景・業界の文脈
ペロブスカイト/シリコンタンデム太陽電池は、面積あたりの電力出力を高めるための有望な手法として注目されています。特に両面受光型（Bifacial）の構成は、さらなる出力向上が期待される領域です。しかし、実用化に向けては、光や熱による材料の劣化、特にハロゲン化物の分離や格子歪みの蓄積による性能低下が大きな障壁となっていました。
今後の展望
今回の成果は、格子コンプライアンスという物理的に検証可能なフレームワークを提示した点に大きな意義があります。これにより、経験的な試行錯誤ではなく、材料設計の段階で安定性の高いペロブスカイト吸収層を選択・設計することが可能になります。安定性と高出力を両立させた本アプローチは、タンデム太陽電池の商用化に向けた重要な設計指針になると考えられます。
元記事: https://www.nature.com/articles/s41560-026-02162-y
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