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水中ペロブスカイト太陽電池の突破

Ars Technica •
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ハンナ・バーベラのアニメ『バードマン』のあるエピソードで、同名のヒーローは潜水艦上で悪役ドクター・シャークと戦おうとするが、パワーを再充電するための太陽エネルギーがない。したがって、バードマンは雲南大学シーミン・マーが率いるチームが開発した新しいペロブスカイト太陽電池をきっと評価するだろう。なぜなら、それらは水中で動作するように設計されているからだ。シリコンではなくペロブスカイトで作られた太陽電池は常にトレードオフの物語である。安価に製造でき、興味深い形状(薄く、柔軟で透明なフィルムなど)を取ることができ、入射する太陽エネルギーのより多くを電気に変換できる。難しいのは、それらがかなり急速に劣化する傾向があることだ。

湿気はペロブスカイトにとって特に破壊的であり、水中太陽電池パネルにとって一見奇妙な選択に見える。しかし、これらの材料にはもう一つの重要な超能力がある。それは、異なる波長の光で動作するように調整できることだ。水はシリコン太陽電池パネルが吸収する光の波長を急速に遮断するが、注意深く設計されたペロブスカイトセルは深い青い海でも発電できる。そして実際、低い光レベルと冷たい温度は、それがより長く生き残るのに役立つはずだ。ペロブスカイトの調整は、製造中にその化学的性質の一部を微調整するだけで済むため、数メートルの深さに存在する波長を吸収するものを得ることは難しくなかった。

本当の課題は、セルを耐久性のあるものにすることだった。チームは、いくつかの点で役立つ特に効果的な添加剤(ポリヘキサメチレングアニジン塩酸塩)を発見した。一つには、材料の周りに撥水層を形成した。しかし、化合物の一部はペロブスカイト結晶格子にも関与し、より大きな結晶の形成を助け、イオンが格子構造内を移動するのを防ぐ。この添加剤は、ペロブスカイトが分解する一般的な方法のいくつかを制限すると同時に、太陽電池の発電も改善する。