外部量子効率シミュレーションを用いた地上および宇宙用ペロブスカイトタンデム太陽電池デバイスの最適化
Optimization of Perovskite Tandem Photovoltaic Devices for Terrestrial and Space-Based Applications Using External Quantum Efficiency Simulations
ハイブリッド有機・無機ハロゲン化鉛ペロブスカイト吸収層を持つタンデム太陽電池デバイスの吸収層厚さを、AM 1.5およびAM 0太陽放射下で外部量子効率(EQE)シミュレーションを用いて最適化した。単接合ペロブスカイト、オールペロブスカイトタンデム、および銅インジウムガリウムジセレン化物(CIGS)薄膜太陽電池から収集したエリプソメトリースペクトル分析に基づくEQEモデリングアプローチを使用し、公開されたEQEスペクトルから2つの高効率タンデム太陽電池構成の構造光学モデルを開発した。これには、スーパーケート型オールペロブスカイトデバイスと、サブストレート型ペロブスカイト/CIGSデバイスが含まれる。スーパーケート型オールペロブスカイトタンデムデバイスの広帯域バンドギャップ(Eg)および狭帯域Eg吸収層の厚さを350 nmおよび975 nmから356 nmおよび1200 nmに増加させると、AM 1.5照明下での短絡電流密度(Jsc)は15.81 mA/cm2から15.94 mA/cm2に増加し、効率は25.83%から26.05%に向上する可能性がある。AM 0下では、吸収層厚さを310 nmおよび1200 nmに増加させると、Jscは18.56 mA/cm2から19.72 mA/cm2に増加し、効率は30.33%から32.22%に向上する。サブストレート型ペロブスカイト/CIGSデバイスのペロブスカイト層厚さを500 nmから615 nmに増加させると、AM 1.5照明下でJscは18.84 mA/cm2から19.65 mA/cm2に増加し、効率は23.74%から24.76%に向上する。AM 0照明下では、ペロブスカイト厚さを512 nmに増加させると、予測Jscは23.13 mA/cm2から23.34 mA/cm2に増加し、予測効率は29.15%から29.41%に向上する。このモデリングアプローチは、少なくとも一方の吸収層にペロブスカイト半導体を含む様々なスーパーケートおよびサブストレート設計のタンデム太陽電池の実用的な評価のための安定したプラットフォームを提供する。
- EQEシミュレーションによる吸収層厚最適化で、オールペロブスカイトタンデムはAM 1.5下で効率25.83%→26.05%、AM 0下で30.33%→32.22%に向上
- ペロブスカイト/CIGSタンデムではAM 1.5下で効率23.74%→24.76%、AM 0下で29.15%→29.41%に向上
- AM 0(宇宙用途)スペクトル下でのタンデム太陽電池効率最適化が実施された
ペロブスカイトを用いたタンデム太陽電池の吸収層厚最適化により、AM 1.5およびAM 0下で効率向上(最大32.22%)が実証された点は注目に値する。特に宇宙用途(AM 0)での高効率化は、宇宙太陽光発電や衛星用電源市場での競争力強化につながる可能性がある。実用レベルの効率改善であり、ペロブスカイト太陽電池領域への投資判断の参考になる。