2009年に方解石薄膜セルが登場し始めた頃の変換効率はわずか3.8%でしたが、2018年には実験室での効率が23%を超え、急速に向上しました。カルコゲニド化合物の基本分子式はABX3で、A位は通常、Cs +やRb +などの金属イオン、または有機官能基です。例えば、(CH3NH3;)、[CH(NH2)2]+です。B位は通常、Pb2+やSn2+イオンなどの二価カチオンです。X位は通常、Br-、I-、Cl-などのハロゲンアニオンです。化合物の成分を変更することで、カルコゲニド化合物の禁制帯幅を1.2～3.1 eVの間で調整できます。カルコゲニドセルの短波長での高効率光電変換を、異種結晶シリコンセルなどの長波長での変換性能に優れたセルに重ね合わせると、理論的には30％以上の光電変換効率が得られ、結晶シリコンセルの理論変換効率29.4％の限界を突破します。2020年には、この積層型電池はドイツ・ハイムホルツのベルリン研究所ですでに29.15％の変換効率を達成しており、カルコゲニド-結晶シリコン積層型電池は次世代の主要な電池技術の一つとされています。
カルコゲニド膜層は2段階法で実現しました。まず、多孔質のPbl2およびCsBr膜を、ふわふわした表面を持つヘテロ接合セルの表面に共蒸着で堆積し、次に有機ハロゲン化物溶液（FAI、FABr）でスピンコートで覆いました。有機ハロゲン化物溶液は、蒸着された無機膜の細孔に浸透し、150℃で反応して結晶化し、カルコゲニド膜層を形成しました。このようにして得られたカルコゲニド膜の厚さは400〜500 nmで、下にあるヘテロ接合セルと直列に接続して電流マッチングを最適化しました。カルコゲニド膜上の電子輸送層はLiFおよびC60であり、熱蒸着によって順次得られ、続いてバッファ層SnO2の原子層堆積、および透明前面電極としてのTCOのマグネトロンスパッタリングが行われました。この積層セルの信頼性はカルコゲニド単層セルよりも優れていますが、水蒸気、光、熱などの環境の影響下でのカルコゲニド膜の安定性はまだ改善が必要です。
投稿日時: 2023年10月20日