Crystalline Si/perobskite triple junction solar cells by mist deposition
| Project/Area Number |
20K05318
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
白井 肇 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (30206271)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
花尻 達郎 東洋大学, 理工学部, 教授 (30266994)
石川 良 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (90708778)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | シリコン太陽電池 / ペロブスカイト太陽電池 / タンデム構造素子 / 開放電圧 / 中間電極 / 金属酸化膜 / ３接合素子 / MoO3/IZO積層構造 / 多接合太陽電池 / 結晶Si / ペロブスカイト / モノリシック多接合素子 / 表面処理 / 3接合素子 / モノリシック接合 / ペロブスカイト薄膜太陽電池 / モノリシック型多接合太陽電池 / ミスト成膜法 / ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ |
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| Outline of Research at the Start |
先行研究で開発した結晶Si/PEDOT:PSSヘテロ接合太陽電池を下部素子、FAPbIxBr3-xペロブスカイト薄膜太陽電池を上部素子としたタンデム素子構造を発展させて、3接合素子の作製プロセスを確立する。具体的には、1）ミスト成膜法によりFAPbIxBr3-x系太陽電池においてI/Br組成比xによるバンドギャップ制御、2）異なるバンドギャップに対する太陽電池の作製と評価、3）ペロブスカイト薄膜のタンデム構造素子の高効率化を検討しつつ、4）結晶Si/PEDOT:PSS下部素子上に3）のペロブスカイト系タンデム構造素子を接合することで、3接合素子の設計により開放電圧2.5～3Ｖを目標とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は先行研究で実施した溶液プロセスを主体とした結晶Si/導電性高分子PEDOT:PSS接合太陽電池を下部素子、有機・無機ペロブスカイトFACsPbIBr(PSC)系太陽電池をを上部素子とした２接合素子の作製を基盤に３接合素子の実現を最終目標とした。特に先行研究で実施した下部Si系素子とPSC系2接合素子の中間電極部材として極薄金ナノ粒子を挿入したIZO/MoO3積層構造を中間電極とすることで接触抵抗の低減を実現した。中間電極および上部半透明PSC素子の窓層として機能することをはじめて実証した。また上部PSC素子の窓層としてIZO/MoO3積層構造が機能することを明らかにした。そこでバンドギャップの異なるPSCに対して同様の極薄金ナノ粒子挿入MoO3/IZO積層構造が中間電極としてのポテンシャルを実証し、結晶Si/PEDOY:PSS/PSC2接合素子上に積層することで３接合素子の実現を最終目標とした。PSC素子はFACsPbIxBr3-x組成のIBｒ組成比xを調整することでバンドギャップ1Eg＝.7eVおよび1.8-1.9eVのPSCの結晶性および光導電性向上を目指した。X線回折から良好な結晶性を有する薄膜の作製を実現した。また上部半透明PSC単一素子では変換効率6％（x=0.3)および3%(x=0.5)を得た。そこで最初にSi/PEDOT:PSS/PSC(x=0.3)素子を試作した。その結果効率は10-11%を得た。次に半透明PSC(x=0.5)素子を積層した。その結果開放電圧は
1.9Vまで向上したが短絡電流は2-3ｍA/cm2であった。この要因にはPSC（x-0.3）膜の表面粗さおよび中間電極形成におけるスパッタ法によるIZO/MoO3膜厚およびスパッタ損傷の抑制が課題として挙げられる。以上3接合素子で効率1-1.5%,開放電圧1.9Ｖを得た。中間電極形成時におけるPSC素子への損傷の抑制により効率の飛躍的向上が期待される。
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Report
(4 results)
Research Products
(42 results)
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[Journal Article] Effect of thermally annealed atomic-layer-deposited AlOx/chemical tunnel oxide stack layer at the PEDOT:PSS/n-type Si interface to improve its junction quality2020
Author(s)
Karim Md. Enamul, Nasuno Yuki, Kuddus Abdul, Ukai Tomofumi, Kurosu Shunji, Tokuda Masahide, Fujii Yasuhiko, Hanajiri Tatsuro, Ishikawa Ryo, Ueno Keiji, and Shirai Hajime
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Journal Title
Journal of Applied Physics
Volume: 128
Issue: 4
Pages: 045305-045305
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] The role of water in the synthesis of AlOx thin films by a mist chemical vapor deposition2021
Author(s)
A. Rajib, A. Kuddus, K. Enamul, S. Kurosu, T. Ukai, M. Tokuda, Y. Fujii, T. Hanajiri, R. Ishikawa, K. Ueno, and H. Shirai
Organizer
The 67th JSAP Spring Meeting
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[Presentation] Effect of the tunnel oxide/AlOx stacked hole-selective contacts on the junction properties at PEDOT:PSS/n-type Si interface2020
Author(s)
Md E. Karim, A. Rajib, Y. Nasuno, T. Ukai, S. Kurosu, M. Tokuda, Y. Fujii, T. Hanajiri, R. Ishikawa, K. Ueno, H. Shirai
Organizer
The 67th JSAP Spring Meeting
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