主要成果
Longiは、ペロブスカイト太陽電池とヘテロ接合（HJT）シリコン太陽電池を組み合わせた2端子モノリシックタンデム太陽電池において、35.31%という高いエネルギー変換効率を達成しました。このデバイスは、短絡電流密度20.82 mA/cm2、開放電圧2.007 V、フィルファクター（FF）84.53%を記録しています。また、中国国家太陽光発電製品品質検査センター（CPVT）による独立試験では、リバーススキャン効率35.25%、安定化効率35.13%が認定されました。
技術・詳細
今回の成果の鍵となったのは、正孔選択接点として機能する自己組織化単分子膜（SAM）の分子設計です。従来のSAM分子は、テクスチャ加工されたシリコン表面で過剰に凝集し、被覆率が不均一になる課題がありました。Longiの研究チームは、分子のねじれと共役を制御した4種類のSAM誘導体（TC0、TC1、TC2、TC3）を開発し、その中でTC2が最適な性能を示しました。
TC2は共役主鎖と適度にねじれたフェニル側鎖を組み合わせた構造を持ち、シミュレーションで83.1%（TC1は75.0%、TC3は73.3%）という高い表面被覆率を記録しました。この最適化された分子配列により、以下の効果が得られています。
- 電荷輸送の改善：酸化インジウムスズ（ITO）層の仕事関数を調整し、エネルギー準位の整合性を高めることで、正孔抽出の高速化と電荷再結合の抑制を実現しました。
- 結晶性の向上：ペロブスカイトの結晶化速度を制御し、より大きく均一な結晶粒を形成させることで、非放射再結合を低減しました。
- 安定性の確保：ISOS-L-1プロトコルによる1,500時間の連続動作後で初期効率の94%を維持し、65℃でのISOS-L-2プロトコルによる1,000時間後では82%を維持しました。
背景・業界の文脈
ペロブスカイト-シリコンタンデム電池の効率向上に向けた界面工学の研究は加速しています。2025年12月には、北西工業大学が化学研磨を用いてヨウ化鉛の残留物を除去し、認定効率31.71%を達成したほか、蘇州大学が立体補完的な界面設計により認定効率32.12%を達成しています。また、香港理工大学と北西工業大学のチームは、対称性と非対称性分子を組み合わせた戦略で、逆構造ペロブスカイト太陽電池において認定効率25.67%を達成したと報告されています。
今後の展望
Longiと蘇州大学は、ジルコニウムを用いたデュアルアンカー界面を採用し、効率34.0%のタンデム電池も開発しています。今回の35.31%という成果は、分子レベルでの界面制御が、変換効率、電荷輸送、および動作安定性の3点を同時に向上させ得ることを証明しました。本研究の詳細は、学術誌「Nature」に掲載された論文「Conjugation-regulated self-assembled molecules for tandem solar cells」で詳述されており、蘇州大学、北西工業大学、香港理工大学の研究者が共同で参画しています。
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