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大環状円盤型有機半導体を用いたSnペロブスカイト太陽電池の高性能化

Research Project

Project/Area Number 22KJ1747
Project/Area Number (Other) 21J23253 (2021-2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022)
Section国内
Review Section Basic Section 35030:Organic functional materials-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

橋本 塁人  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywordsペロブスカイト半導体 / 正孔輸送性材料 / 発光 / 太陽電池 / ペロブスカイト太陽電池 / 表面処理 / スズペロブスカイト / ワイドバンドギャップ / 開放電圧 / エチレンジアンモニウム塩 / パッシベーション
Outline of Research at the Start

本研究では、スズ系ペロブスカイト太陽電池の高性能化に向けて正孔回収層材料を開発し、ペロブスカイト-正孔回収層間での界面構造を解明
する。本研究では、ABX3型ペロブスカイト構造がAサイトとしてメチルアンモニウムといった有機アンモニウムカチオンをもつことに着目し、
これらを「アンカー部位」としてπ共役骨格に導入することで、ペロブスカイト層との界面で分子を配向・配列制御することが可能になると考
えられる。本研究では、 正孔回収層材料の側鎖としてアルキルアンモニウムを導入し、分子レベルでの界面構造制御法の実現を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、電子・立体構造制御に基づいた独自の分子設計指針に基づいて、一連のπ共役系化合物群を合成し、それらの基礎特性評価とペロブスカイト太陽電池への応用展開を検討した。
酸素架橋型トリアリールアミン骨格誘導体を基本骨格に用いたポリマー材料を合成し、これを正孔輸送性材料に用いたペロブスカイト太陽電池を作製し、評価した。その結果、添加剤を用いなくても12%の光電変換効率が得られることを見出した。
また、酸素架橋型トリアリールアミン骨格の置換基効果についても詳細に検討した。電子求引性のニトロ基を用いた場合、励起状態での構造変化によりおおきなストークスシフトを伴った発光特性を示すことを見出した。
さらに、トリアリールアミン骨格にアルキンを導入し、ジチオールとの架橋反応を用いることで、基板上で強固な正孔回収層を作製できることを見出し、この技術を用いてペロブスカイト太陽電池が作製できることを実証した。
上記の他、二次元型のペロブスカイト半導体および金属フリーのペロブスカイト型化合物の高品質結晶を合成することにも成功した。これらの材料を用いて、1)二次元ハライドペロブスカイトが、比較的長い励起子スピン緩和時間と実質的な励起子-励起子相互作用により、この制限を克服できることを見出した。2)また、金属を含まない強誘電性ペロブスカイトMDABCOが、優れた強誘電性と可視フォトルミネッセンスをカップリングして示すことを見出した。
これらの成果は、今後Pbフリー型ペロブスカイト太陽電池の高性能化やペロブスカイト半導体のスピントロニクスなどの新たな応用研究にも有用である。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 4 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Kaunas University of Technology(リトアニア)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effects of electron-accepting substituents on the fluorescence of oxygen-bridged triarylamine2023

    • Author(s)
      Hashimoto Ruito、Nakamura Tomoya、Truong Minh Anh、Murdey Richard、Wakamiya Atsushi
    • Journal Title

      Dyes and Pigments

      Volume: 215 Pages: 111281-111281

    • DOI

      10.1016/j.dyepig.2023.111281

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] In Situ Thermal Cross-Linking of 9,9′-Spirobifluorene-Based Hole-Transporting Layer for Perovskite Solar Cells2023

    • Author(s)
      Daskeviciute-Geguziene Sarune、Truong Minh Anh、Rakstys Kasparas、Daskeviciene Maryte、Hashimoto Ruito、Murdey Richard、Yamada Takumi、Kanemitsu Yoshihiko、Jankauskas Vygintas、Wakamiya Atsushi、Getautis Vytautas
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 16 Issue: 1 Pages: 1206-1216

    • DOI

      10.1021/acsami.3c13950

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Metal-free ferroelectric halide perovskite exhibits visible photoluminescence correlated with local ferroelectricity2022

    • Author(s)
      Handa Taketo、Hashimoto Ruito、Yumoto Go、Nakamura Tomoya、Wakamiya Atsushi、Kanemitsu Yoshihiko
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 8 Issue: 25

    • DOI

      10.1126/sciadv.abo1621

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Rapidly expanding spin-polarized exciton halo in a two-dimensional halide perovskite at room temperature2022

    • Author(s)
      Yumoto Go、Sekiguchi Fumiya、Hashimoto Ruito、Nakamura Tomoya、Wakamiya Atsushi、Kanemitsu Yoshihiko
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 8 Issue: 30

    • DOI

      10.1126/sciadv.abp8135

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Universal Surface Treatment for p-i-n Perovskite Solar Cells2022

    • Author(s)
      Hu Shuaifeng、Pascual Jorge、Liu Wentao、Funasaki Tsukasa、Truong Minh Anh、Hira Shota、Hashimoto Ruito、Morishita Taro、Nakano Kyohei、Tajima Keisuke、Murdey Richard、Nakamura Tomoya、Wakamiya Atsushi
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 14 Issue: 50 Pages: 56290-56297

    • DOI

      10.1021/acsami.2c15989

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Composition-Property Mapping in Bromide-Containing Tin Perovskite Using High-Purity Starting Materials2022

    • Author(s)
      Nakamura Tomoya、Otsuka Kento、Hu Shuaifeng、Hashimoto Ruito、Morishita Taro、Handa Taketo、Yamada Takumi、Truong Minh Anh、Murdey Richard、Kanemitsu Yoshihiko、Wakamiya Atsushi
    • Journal Title

      ACS Applied Energy Materials

      Volume: 5 Issue: 12 Pages: 14789-14798

    • DOI

      10.1021/acsaem.2c02144

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 偏光分解ポンプ・プローブ顕微分光法の開発と超高速二次元励起子スピン輸送の観測2023

    • Author(s)
      湯本 郷, 関口 文哉, 橋本 塁人, 中村 智也, 若宮 淳志, 金光 義彦
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of Electron-Accepting Groups on the Photophysical Properties of Oxygen-Bridged Triarylamine Derivatives2023

    • Author(s)
      Ruito Hashimoto
    • Organizer
      The 1st Perovskite International Research Collaboration Center (PIRCC) Workshop
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      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スズペロブスカイト太陽電池の高性能化のためのエチレンジアンモニウム塩を用いた表面処理手法の開発2022

    • Author(s)
      橋本 塁人・Wentao Liu・森下 太郎・Shuaifeng Hu・Minh Anh Truong・Richard Murdey・中村 智也・若宮 淳志
    • Organizer
      日本化学会第102回春季年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 電子受容性置換基を導入した酸素架橋トリアリールアミン誘導体の光物性2021

    • Author(s)
      橋本 塁人・中村 智也・Truong Minh Anh・若宮 淳志
    • Organizer
      第31回基礎有機化学討論会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] エチレンジアンモニウム塩を用いた表面処理によるスズ系ペロブスカイト太陽電池の高性能化2021

    • Author(s)
      橋本塁人・Wentao Liu・森下太郎・Shuaifeng Hu・Towhid Hossain Chowdhury・Minh Anh Truong・Richard Murdey・中村智也・若宮淳志
    • Organizer
      第48回有機典型元素化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-05-27   Modified: 2024-12-25  

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