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ペロブスカイト太陽電池の安定性を測定システムLitosで評価
連続MPPトラッキングによる変換効率測定事例
有機EL・太陽電池安定性評価システムLitos
機能：安定性評価、電気特性解析 業界：太陽電池
概要
本記事では、FLUXiM AGの有機EL・太陽電池安定性測定システムLitosを用いて、ペロブスカイト太陽電池の長期的なデバイス性能を評価した研究を紹介します[1]。本研究では、添加剤の導入により、ホルムアミジニウム（FA）リッチ型ペロブスカイト太陽電池の動作安定性を大幅に向上させることに成功しました。作製されたペロブスカイト太陽電池は、Litosによるリアルタイム最大電力点追跡（MPPトラッキング）のもとで評価を行いました。その結果、光照射下・室温・大気環境で2100時間にわたり初期変換効率の約93%を維持することが実証されました。さらに、マスクで照射面積を0.1cm²としたデバイスでは、光照射下・65℃・大気環境で1800時間にわたり初期変換効率の約95%を維持できることも確認されました。本研究はLitosが高品質の安定性データを取得する上で極めて重要な役割を果たすことを示しています。LitosはMPPを連続的に追跡しながら、制御された光照射と温度の下で試験を行うことができるため、長期的なデバイス性能に関する信頼性の高い知見を得ることができます。
この資料はFLUXiM AGのResearch Blogを参考にして作成しました。詳しくはこちらをご覧ください。
解析目的および解析手法
背景と目的
ペロブスカイト層固有の不安定性は、太陽電池の商用化における最大の課題の一つであり、ペロブスカイト材料における不安定性を引き起こすナノスケールの構造的特徴を理解することは、デバイス劣化を抑制するために不可欠です。本研究では、FAリッチ型ペロブスカイト前駆体溶液へのエチレンチオ尿素（ETU）の添加がペロブスカイト太陽電池デバイスの動作安定性に与える影響を評価するため、過酷条件下でのエージング試験を実施しました。
解析対象
本研究では、前駆体溶液にETUを添加したFAリッチ型ペロブスカイト半導体を用いたペロブスカイト太陽電池を解析対象としました。
解析手法
ペロブスカイト太陽電池デバイスの安定性評価実験には、Litosを使用し、連続MPPトラッキングを実施しました。
解析結果
1SUN相当の白色LED照射下における連続MPPトラッキング試験において、活性領域0.2cm²の封止デバイスは、2100 時間経過後も初期変換効率の93%以上を維持することが確認されました（図1）。この試験はISOS-L1プロトコルに準拠して実施され、室温・大気環境の条件下で行われました。デバイスはカバーガラスによって封止されています。
図1. 正規化MPPトラッキング（室温・大気環境、活性領域0.2cm²の封止デバイス、2100時間後も初期変換効率の93%以上を維持）
また、65℃環境下（大気環境、カスタムされた環境チャンバーを使用）において、1SUN相当の白色ランプ照射下で試験を実施したところ、活性領域1cm²の封止デバイスにおいて、T80（初期変換効率の80%に低下するまでの時間）が600時間を超えることが確認されました（図2）。
図2. 正規化MPPトラッキング（65℃環境、活性領域1cm²の封止デバイス、T80＞600時間）
さらに、マスク（開口部0.1cm²）を用いて一部を遮光した活性領域0.2cm²のデバイスにおいて、65℃の大気環境下で試験を実施した結果、T80が約7200時間相当になることが確認されました（図3）。この結果は、これまでに報告されたペロブスカイト太陽電池の中でも最高水準の安定性を示すものとなります。
図3. 65℃環境でマスク遮光された活性領域0.2cm²のデバイスの安定性（1800時間後の時点で約95%の変換効率を維持）
これらの結果は、温度および光照射条件の制御、連続MPPトラッキング、そして、厳密な寿命検証に不可欠なリアルタイムデータロギング機能を備えたLitosを使用して得られました。
まとめ
本研究は、添加剤がペロブスカイト太陽電池の安定性向上に有効であることを実証しました。また、Litos に代表される先進的な安定性評価システムを利用することで、実際の使用環境に近い条件下で太陽電池技術の信頼性を高精度に検証できることを明らかにしました。
下記ボタンよりダウンロード可能な資料では、添加剤によるペロブスカイト結晶配向制御についても記載されています。ご興味がございましたら資料ダウンロードをお願いいたします。
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