安定で高効率な炭素系PSCのための中間制御界面工学

Intermediate-Controlled Interfacial Engineering for Stable and Highly Efficient Carbon-based PSCs.

• Fanning Meng
• Yang Li
• Liguo Gao
• Anmin Liu
• Yanqiang Li
• Tonghua Wang
• Chu Zhang
• Meiqiang Fan
• Guoying Wei
• Tingli Ma

抄録

費用対効果の高い炭素系ペロブスカイト太陽電池（C-PSC）の性能と実用化を妨げる大きなボトルネックは、ペロブスカイト（PVK）と炭素電極（CE）との界面接触である。ここでは、超低コストのアセチレンブラック材料を用いて、C-PSCの界面接触を改善することが可能な中間制御型界面工学(IIE)を初めて開発しました。これにより、正孔輸送材料（HTM）を用いないC-PSCにおいて、最適な異種界面接触により、高い電力変換効率（PCE）（16.41％）と安定性を両立させることができました。封止を行わないデバイスは一貫して優れた環境安定性を示し、周囲雰囲気（30 °C、30% RH）で 2,000 時間保管した後に初期効率の 93%を保持し、ひどい空気環境（85 °C、65% RH）で 312 時間後に初期 PCE の 81%を達成しました。さらに、電荷移動ダイナミクスをより深く理解するために、異なる方法を用いて作製された不均一系界面の比較が行われました。その結果、IIE法を用いて作製したC-PSCでは、放射性物質の再結合が少なく、キャリアの輸送が速いため、キャリアの寿命が短くなることがわかった。本研究では、コスト削減と性能向上により、C-PSCの実用化に向けた有望な将来性を提案する。

A major bottleneck hindering the performance and commercial application of cost effective carbon-based perovskite solar cells (C-PSCs) is interfacial contact between the perovskite (PVK) and the carbon electrode (CE). Herein, a new approach of intermediate-controlled interfacial engineering (IIE) utilizing ultra-low cost acetylene black material is developed for the first time that can improve the interfacial contact of C-PSCs. We achieved both the high power conversion efficiency (PCE) (16.41%) and stability in C-PSCs without hole transport materials (HTMs) due to the optimal heterogeneous interfacial contact. Devices without any encapsulation consistently exhibit excellent environmental stability, retaining 93% of their initial efficiency after 2,000 h storage in ambient atmosphere (30 °C, 30% RH) and achieving 81% of their initial PCE after 312 h in a terrible air environment (85 °C, 65% RH). In addition, to gain deeper insights into the charge transfer dynamics, a comparison of heterogeneous interfaces fabricated using different methods has been undertaken. The lower radioactive recombination and faster transport of carries in C-PSCs fabricated using the IIE method result in shorter carrier lifetime. This work proposes a promising future for the commercialization of C-PSCs by reducing costs and improving performance.