22.4％の効率を備えた効率的な2層太陽電池について

・新しい二層太陽電池は、光活性材料を使用して、より広い太陽スペクトルを収集する。
・太陽光の22.4％を電気エネルギーに変換するという新記録を打ち立てた。
・二層太陽電池は、2ミリメートルの厚さのガラス基板上にあります。

従来の（単一接合）太陽電池は、太陽光の20％未満を電気に変換します。一方、タンデム（多接合）太陽電池は、効率を向上させるために、より多くの太陽スペクトルを使用します。それらは、複数の半導体を介して光子エネルギーを利用し、バンドギャップが光子エネルギーと一致する吸収体にすべての光子を導きます。

最近、UCLA Samueli School of Engineeringの研究者は、信号接合太陽電池よりもはるかに効率的な薄板の2層太陽電池を設計しました。補完的な吸収特性を持つ光活性材料を使用して、より広い太陽スペクトルを活用します。

太陽光の22.4％を電気エネルギーに変換します。これは、このタイプの太陽電池の電力変換効率の新記録です。以前の記録は10.9％で、2015年にIBMによって達成されました。

彼らはどうやって開発したのか

この太陽電池を構築するために、研究者たちはペロブスカイトの薄膜を使用しました。これは、チタン酸カルシウム鉱物と同じ結晶構造を持つ低コストの材料です。ヨウ化メチルアンモニウム鉛は、理論上最大効率が31％の広く知られている合成ペロブスカイトです。

ペロブスカイトは独特の結晶構造を持っているため、巨大な磁気抵抗、強誘電性、超伝導など、いくつかの興味深い特性を示します。さらに、それらの光学的、電気的および物理的特性は、簡単に設計および最適化することができます。

セルの下層は、CIGS（銅、インジウム、ガリウム、およびセレン化物の略）の化合物で構成されています。厚さは約2ミクロンで、太陽光から電気エネルギーを生成し、それ自体で18.7％の効率を実現します。

ただし、ペロブスカイトの厚さ1ミクロンの層を追加すると、太陽電池の効率をさらに高めることができます。これは、ターボチャージャーを統合して自動車のエンジン性能を向上させることに似ています。

研究者たちは、これら2つの層を組み合わせるためのナノスケールのインターフェースを開発しました。このインターフェースはより高い電圧を提供し、それがパワーデバイスがエクスポートできるパワーをさらにブーストします。システム全体は、2mmの厚さのガラス基板上にあります。

新しい設計は、同じデバイス領域で太陽スペクトルの2つの異なる部分からエネルギーを引き出すため、単層CIGSと比較して太陽エネルギーから生成される電力を強化します。最良のことは、ペロブスカイト層を追加するプロセスを現在の太陽電池製造方法に簡単に展開できることです。

CIGSリアセルはペロブスカイトフロントセルから完全に取り外して、別々に使用することができます。フロントセルを取り外しても、リアセルは同じ性能を維持します。これは、ペロブスカイトの製造および溶解プロセスがCIGSデバイスに損傷を与えないことを示しています。

まとめになりますが、新しい技術は既存の多接合太陽電池の性能を約20％向上させました。これは、エネルギーコストを20％削減することを意味します。研究者たちは、今後数年間で最終的に30％の電力効率を達成できると信じています。