ペロブスカイト太陽電池は近年進歩し、電力変換効率が急速に向上し（3 年の 2006% から現在は 25.5% に）、シリコンベースの太陽電池との競争力が高まっています。 しかし、競争力のある商業製品となるには、多くの課題が残されています。 テクノロジー.
現在、NYU タンドン エンジニアリング スクールのチームは、それらの XNUMX つ、太陽電池セル内の有機正孔輸送材料の p 型ドーピングを含む重要なステップのボトルネックを解決するプロセスを開発しました。 研究「CO2 ペロブスカイト太陽電池用の有機中間層のドーピング」に登場 自然.
現在、正孔輸送層への酸素の侵入と拡散によって達成される p ドーピング プロセスは、時間がかかる (数時間から XNUMX 日) ため、ペロブスカイト太陽電池の商業的大量生産は実用的ではありません。
タンドンのチームは、准教授のアンドレ・D・テイラーとポスドクのジェミン・コン、助教授のミゲル・モデスティノとともに、全員が化学・生体分子工学科に所属している.二酸化炭素 (CO2) 酸素の代わりに。
ペロブスカイト太陽電池では、通常、光活性ペロブスカイト層と電極の間に位置する電荷抽出中間層として、ドープされた有機半導体が必要です。 これらの中間層をドープする従来の方法では、リチウム ビス(トリフルオロメタン)スルホンイミド (LiTFSI)、リチウム塩を、π共役有機化合物であるスピロ-OMeTADに添加します。 半導体 ペロブスカイト太陽電池の正孔輸送材料として広く使用されています。 次に、スピロ-OMeTAD:LiTFSI ブレンド フィルムを空気と光にさらすことによって、ドーピング プロセスが開始されます。
この方法は時間がかかるだけでなく、環境条件にも大きく依存します。 対照的に、Taylor 氏と彼のチームは、スピロ-OMeTAD:LiTFSI 溶液を COXNUMX でバブリングすることを含む、高速で再現性のあるドーピング方法を報告しました。2 紫外線下。 彼らは、このプロセスによって中間層の電気伝導率が、元のブレンド フィルムの電気伝導率の 100 倍にまで急速に向上したことを発見しました。 CO2 処理されたフィルムは、後処理なしで安定した高効率のペロブスカイト太陽電池ももたらしました。
「デバイスの製造と処理時間を短縮することに加えて、ペロブスカイト太陽電池にプレドープスピロOMeTADを適用すると、セルの安定性が大幅に向上します」と、筆頭著者のKong氏は説明します。 「これは、spiro-OMeTAD:LiTFSI 溶液中の有害なリチウム イオンのほとんどが、CO 中に炭酸リチウムとして安定化されたことが一因です。2 バブリングプロセス。」
彼は、研究者が事前にドープされた溶液をペロブスカイト層にスピンキャストすると、炭酸リチウムはろ過されてしまうと付け加えました。 「このようにして、効率的な正孔輸送層のためのかなり純粋なドープされた有機材料を得ることができます。」
サムスン、イェール大学、韓国化学技術研究所、シティ大学大学院センター、ウォンクァン大学、光州科学技術院の研究者を含むチームは、CO2 ドーピング法は、PTAA、MEH-PPV、P3HT、および PBDB-T などの他の π 共役ポリマーの p 型ドーピングに使用できます。 Taylor 氏によると、研究者たちは、太陽電池に使用される典型的な有機半導体を超えて、その境界を押し広げようとしています。
「私たちは、CO の幅広い適用可能性を信じています。2 さまざまな π 共役有機分子へのドーピングは、有機太陽電池から有機発光ダイオード (OLED) や有機電界効果トランジスタ (OFET)、さらには有機半導体の制御されたドーピングを必要とする熱電デバイスに至るまでの研究を刺激します」とテイラーは説明します。 、このプロセスはかなりの量のCOを消費するため、それを付け加えます2 ガス、CO も考慮できる2 将来の捕獲と隔離の研究。
「政府も企業も一様にCO削減を目指している今、2 脱炭素化しない場合、この研究は大量のCOに反応する手段を提供します2 炭酸リチウムで次世代の太陽電池を改善し、大気からこの温室効果ガスを取り除きます」と彼は説明し、この新しいアプローチのアイデアは、チームのバッテリー研究からの直感に反する洞察であると付け加えました.
「リチウム酸素/空気電池を扱ってきた長い歴史から、酸素電極を空気にさらして炭酸リチウムを生成することは、バッテリーのリチウムイオンを枯渇させ、バッテリー容量を破壊するため、大きな課題であることを知っています。 ただし、このスピロドーピング反応では、実際に炭酸リチウムの形成を利用しています。これは、リチウムを結合し、リチウムがモバイルイオンの長期安定性に有害になるのを防ぎます。 灰チタン石 太陽電池。 私たちは、この CO2 ドーピング技術は、有機エレクトロニクスおよびそれ以降の既存の課題を克服するための足がかりになる可能性があります。」