| Project/Area Number |
21K04637
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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 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
實平 義隆 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 研究員 (10751373)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 有機無機複合材料 / ペロブスカイト太陽電池 / ナノ構造制御 / ナノ材料合成 / 水熱合成 / 無機酸化物半導体膜 / 金属酸化物半導体薄膜 / 溶媒レス水熱合成法 / ペロブスカイト / 太陽電池 / 酸化物半導体膜 |
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| Outline of Research at the Start |
本課題では、溶媒レス水熱合成法により金属酸化物薄膜を基板上に直接合成し、低温プロセスによる高効率なペロブスカイト太陽電池の開発を目的とする。本合成法では、溶媒蒸気により基板上に形成される薄い溶液層を反応場として水熱合成を行うことで、従来のように基板を浸漬するための大量の反応溶液は必要とせず、低温でも高い結晶性や、緻密層と多孔層の積層構造を有するなど、特殊なナノ構造の酸化物半導体薄膜を得ることができる。この手法により得られる各種の金属酸化物薄膜について、異種元素との複合化や、ナノ構造および電子特性の制御により太陽電池特性の向上を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
水蒸気処理において、前駆体膜が周囲の水蒸気を吸収して反応液層を形成するためには、親水性の高いイオン種や官能基を含有することが望ましい。同時に、これらは生成物の形状や結晶相、また太陽電池の光電変換特性にも影響する。本課題においては、酸化チタン以外へ同手法を適用するためテトラ-ｎ-ブチルスズを前駆体として用い、潮解作用を持つ塩化マグネシウムを添加することで前駆体膜への親水性の付与と、生成物の半導体特性制御による太陽電池特性への影響について検討した。その結果、塩化マグネシウムを添加したスズ前駆体膜について、水蒸気処理処理では一般的な乾燥下での熱処理よりも生成物の結晶性が増加、また、これを電子輸送層に用いたペロブスカイト太陽電池においても太陽電池特性の向上が認められた。
逆構造ペロブスカイト太陽電池の正孔輸送層として、太陽電池特性を評価により様々な機能性酸化物半導体膜について本手法の適用範囲の拡大を試みる目的で、酸化ニッケルについても水蒸気加熱処理による調製方法の検討を行った。しかしながら、無機塩やアセチルアセトネートなどの前駆体では水蒸気加熱処理に適さず、製膜にはさらなる調製条件の検討が必要であることが分かった。
また、水蒸気加熱処理の際、現行では少量の水と前駆体を塗布した基板を容器内に密閉して反応を行うため、従来の水熱合成と同様に処理できる試料のサイズや量に制限がある。常圧環境下で高温高湿度の処理を行うことで、処理の簡略化や時間短縮が可能となる。テトラ-n-ブチルスズの場合と同様、酸化チタンについても前駆体に塩化マグネシウムを添加すると、常圧下での水蒸気処理でも結晶性の高い酸化チタンナノ粒子膜が形成されることが確認され、水蒸気加熱処理の適用範囲をさらに拡大できる可能性が示唆された。
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