Crystal growth control of organolead halide perovskite for high efficiency solar cells

• Project/Area Number: 16H05978
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied materials
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Miyadera Tetsuhiko 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (30443039)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥25,480,000 (Direct Cost: ¥19,600,000、Indirect Cost: ¥5,880,000); Fiscal Year 2018: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2017: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2016: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
• Keywords: ペロブスカイト太陽電池 / 結晶成長 / 有機無機ハイブリッド材料 / 有機単結晶 / エピタキシャル成長 / 太陽電池 / X線回折 / 有機鉛ペロブスカイト / エピタキシー / レーザー蒸着 / 有機デバイス

Outline of Final Research Achievements

For the further development of the efficiency of perovskite solar cells, we focused on the crystallization control of organolead-halide perovskite. We attempted the growth of perovskite on the single crystal rubrene, which is typical organic semiconducting materials. We succeeded in the construction of epitaxial perovskite film with high crystallinity and atomically ordered morphology. Next, the system to conduct real-time X-ray diffraction measurement was constructed. The real-time analysis of crystallization process of organolead-halide perovskite was conducted and some feature for the crystallization dynamics are successfully obtained.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ペロブスカイト太陽電池は光電変換効率が急速に向上しており、次世代太陽電池として注目を集めているが、結晶成長に関する基礎的な知見が得られておらず、各研究機関のノウハウに頼った研究開発となっているのが現状である。本研究では有機鉛ペロブスカイトの結晶成長制御手法の確立および結晶成長メカニズムの解明に成功した。これらの成果は今後のプロセス開発や素子開発に重要な知見を与え、ペロブスカイト太陽電池のさらなる発展に資するものである。

Research Products

• [Presentation] 有機鉛ペロブスカイトの結晶成長 (2019)
  • Author(s): 宮寺哲彦
  • Organizer: ハロゲン化金属ペロブスカイト 研究の最前線
  • Invited
• [Presentation] 有機鉛ペロブスカイトの結晶成長 (2018)
  • Author(s): 宮寺哲彦
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • Invited
• [Presentation] 真空プロセスによる有機鉛ペロブスカイトの結晶成長制御 (2018)
  • Author(s): 宮寺哲彦、阿内悠人、小金澤智之、矢口裕之、吉田郵司、近松真之
  • Organizer: 第67回高分子討論会
• [Presentation] Epitaxial growth of organolead-halide perovskite on rubrene single crystals (2018)
  • Author(s): Yuto Auchi, Tetsuhiko Miyadera, Tomoyuki Koganezawa Hiroyuki Yaguchi, Masayuki Chikamatsu, and Yuji Yoshida
  • Organizer: Solid state device meeting 2018
• [Presentation] 正逆光電子分光による有機鉛ペロブスカイト/ホール輸送層界面の 電子状態解析 (2018)
  • Author(s): 宮寺哲彦 他
  • Organizer: 応用物理学会第65回春季学術講演会
• [Presentation] Crystallization of organolead halide perovskite: vacuum deposition and real-time analysis (2017)
  • Author(s): 宮寺哲彦
  • Organizer: 7th Korea-Japan Joint Symposium on Semiconductor Physics and Technology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ルブレン単結晶上の有機鉛ペロブスカイトのエピタキシャル成長 (2017)
  • Author(s): 阿内悠人、宮寺哲彦、小金澤智之, 近松真之
  • Organizer: 第64回 春季応用物理学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
• [Presentation] Real Time Analysis of the Crystallization Dynamics of Organilead Halide Perovskite (2016)
  • Author(s): 宮寺哲彦
  • Organizer: Electrochemical Society Fall Meeting
  • Place of Presentation: Honolulu（アメリカ合衆国）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of coevaporation technique for the organic solar cells (2016)
  • Author(s): 宮寺哲彦
  • Organizer: Energy Materials Nanotechnology East Meeting
  • Place of Presentation: 北京（中華人民共和国）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Laser deposition for the highly controlled co-deposition of organolead halide perovskite (2016)
  • Author(s): 宮寺哲彦、杉田武、反保衆志、松原浩司、近松真之
  • Organizer: Materials Research Society Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston（アメリカ合衆国）
  • Int'l Joint Research