Na+-インターカレート二次元バーミキュライト修飾TiO2電子輸送層によるCsPbI2Brペロブスカイト太陽電池の性能向上
Na+-Intercalated Two-Dimensional Vermiculite-Modified TiO2 Electron Transport Layer for Enhanced CsPbI2Br Perovskite Solar Cells
本研究では、全無機ペロブスカイト太陽電池(PSC)の性能と安定性を向上させるための界面工学戦略として、電子輸送層(ETL)にNa+-インターカレートバーミキュライトナノシートを低コストの天然界面修飾剤として導入した。バーミキュライトナノシートは水相剥離プロセスで調製され、TiO2表面に堆積させることで、埋設されたTiO2/CsPbI2Br界面を調整した。バーミキュライト修飾によりTiO2の表面粗さが減少し、表面化学・電子環境が変化し、界面エネルギー準位の整合性が改善された。その結果、CsPbI2Br膜の品質が大幅に向上し、結晶粒径の増大、結晶性の向上、見かけのトラップ密度低下、界面電荷移動挙動の効率化が達成された。電気的特性評価により、電荷抽出の向上、キャリア再結合の低減、内蔵電位の増加が確認された。これにより、バーミキュライト修飾デバイスは電力変換効率(PCE)、開放電圧、短絡電流密度の同時改善を示し、最高のデバイスは13.94%のPCEを達成した。さらに、修飾デバイスは空気中での35日間保存後も初期PCEの84.51%を保持し、対照デバイスの71.1%を大幅に上回った。これらの結果は、Na+-インターカレートバーミキュライトナノシートが、効率的で安定した全無機PSCにおけるTiO2/CsPbI2Br埋設界面工学のための低コスト天然修飾剤として有望であることを示している。
- Na+インターカレート型バーミキュライトナノシートを天然由来の低コスト界面修飾剤としてTiO2電子輸送層に導入し、CsPbI2Br全無機ペロブスカイト太陽電池の埋設界面を制御した。
- 修飾により電荷抽出が改善し再結合が低減、内蔵電位が増加。最高デバイスでPCE 13.94%を達成し、開放電圧・短絡電流密度も同時に改善した。
- 空気中35日保存後のPCE保持率が修飾デバイス84.51%となり、対照デバイスの71.1%を大幅に上回る安定性を確認した。
全無機ペロブスカイト太陽電池の界面工学に、低コスト天然鉱物(バーミキュライト)を電子輸送層修飾剤として使う研究。PCE 13.94%と35日保存後84.51%保持という具体的な数値が示されており、実用化時のコスト優位性・安定性向上につながる素材戦略として注目。ただし現時点では学術レベルの実験結果であり、量産プロセスやスケールアップ、鉛含有による規制面の検証はこれから。ペロブスカイト太陽電池サプライチェーン(材料・成膜装置)への波及を見極めたい。