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2016 Fiscal Year Research-status Report

ペロブスカイト太陽電池への色素導入による吸収増強

Research Project

Project/Area Number 15K05596
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

中崎 城太郎  東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (10444100)

Project Period (FY) 2015-10-21 – 2018-03-31
Keywords太陽電池 / ペロブスカイト / ポルフィリン
Outline of Annual Research Achievements

従来の作製法で得られる有機鉛ハライドペロブスカイトは、600~800nm付近の吸収が相対的に弱く、この領域の吸収を増強することが不可欠であると考えていたが、原料組成と作製手順の改良により、十分な吸収を示すペロブスカイトを製膜できるようになった。従来はヨウ化鉛を製膜し、これにアンモニウム塩を作用させてペロブスカイトに変換していたが、最近の文献では、最初から原料を混合しておき、スピンコートの途中で急速に結晶化させる方法が主流となっており、ペロブスカイト部分の作製は、これに倣って行うこととした。その結果、ペロブスカイトの吸収が十分強くなり、色素による吸収増強を調べることが難しいレベルとなった。一方、太陽電池としての性能をみた場合、ペロブスカイト層が酸化物半導体層に直接接触しているよりも、半導体表面がフラーレン系の有機分子で修飾されているほうが高い効率が得られることも分かった。このような表面修飾分子としてどのようなものがよいかということは手探りの段階だが、π電子系を有する有機化合物が良好な傾向にあり、その一つとして、今後ポルフィリンを活用することを検討したい。詳しく調査した文献情報について整理して総説として発表した。ペロブスカイト太陽電池は進化が著しく、情報整理が十分でないため、間違った考え方が拡散されている部分もあるが、情報を整理していくと、化合物半導体系の太陽電池と類似する部分も見えてきた。こうして提供した情報は、他のペロブスカイト太陽電池研究者にとって有用なものとなると期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

これまでに、器具、材料、試料作製環境などを揃え、具体的にペロブスカイト太陽電池を作製できるようになった。従来主流であった二段階法でのペロブスカイト製膜を検討していたが、再現性良く太陽電池として働くものを得ることが難しかった。条件を揃え、見た目も同じようにできたものでも、性能評価してみるとばらつきがあり、色素を適用したことの効果よりもばらつきの影響が大きくなることが予想される状況であった。このことから、一段階法による再現性がよいと言われるペロブスカイト作製方法を早期に確立するようにしたい。一方、再現性良く作製できるとされる方法で得られた試料は、吸収が強すぎ、検討事項の再考が必要である。

Strategy for Future Research Activity

酸化チタンなどのn型半導体を下地とした順構造、および酸化ニッケルなどのp型半導体を下地とした逆構造の両者で、下地酸化物半導体表面をポルフィリン修飾した効果について調べる。太陽電池性能の観点では、こちらの検討の方がむしろ本命と言える。一方、逆構造ペロブスカイト太陽電池で、ペロブスカイト層をあえて薄めに製膜し、光吸収が十分でない状況を作った上で、背後にポルフィリンを含む電子輸送層を置いた場合の効果についても調べ、鉛使用量の低減や、着色による意匠性向上につなげることができるかどうか検討する。準備しているポルフィリン誘導体は、酸化物半導体表面に吸着するためのカルボン酸などの部位を有しており、主に前者の検討に投入する。後者の検討では、PCBMなどの電子輸送材料にポルフィリンを混ぜ込む形になるので、吸着基を持たないものを活用する。

Causes of Carryover

初年度の平成27年度は年度途中で追加採択され、申請時に比べると非常に期間が短かったため、期間内に申請時の計画事項全てを実施することができなかった。28年度に実施内容を増やし、大部分は期間内に収めることができたものの、まだ残ってしまった実験がある。

Expenditure Plan for Carryover Budget

現時点での未使用分は、29年度当初の実験での消耗品費として使用する予定である。

  • Research Products

    (9 results)

All 2017 2016

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] 有機金属ハライド太陽電池の現状と展望2017

    • Author(s)
      中崎城太郎、瀬川浩司
    • Journal Title

      太陽エネルギー

      Volume: 43(2) Pages: 3-14

  • [Journal Article] 有機金属ハライド太陽電池の現状と展望2017

    • Author(s)
      中崎城太郎、瀬川浩司
    • Journal Title

      日本エネルギー学会機関誌 えねるみくす

      Volume: 96(2) Pages: 148-155

  • [Journal Article] 世界を席巻する有機金属ハライド太陽電池2017

    • Author(s)
      中崎城太郎、瀬川浩司
    • Journal Title

      WEB Journal

      Volume: 2017 Pages: 32-35

  • [Journal Article] Simulation of current-voltage curves for inverted planar structure perovskite solar cells using equivalent circuit model with inductance2017

    • Author(s)
      Ludmila Cojocaru, Satoshi Uchida, Piyankarage V. V. Jayaweera, Shoji Kaneko, Yasutake Toyoshima, Jotaro Nakazaki, Takaya Kubo, and Hiroshi Segawa
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 10 Pages: 025701

    • DOI

      10.7567/APEX.10.025701

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 有機金属ハライドペロブスカイト太陽電池の実用化最新動向2016

    • Author(s)
      中崎城太郎、瀬川浩司
    • Journal Title

      光触媒

      Volume: 49 Pages: 92-99

  • [Journal Article] 有機金属ハライドペロブスカイト太陽電池の現状と展望2016

    • Author(s)
      内田 聡、コジョカル ルドミラ、中崎城太郎、瀬川浩司
    • Journal Title

      応用物理

      Volume: 85 Pages: 676-683

  • [Journal Article] 有機金属ハライドペロブスカイト太陽電池の実用化に向けて2016

    • Author(s)
      中崎城太郎、内田 聡、瀬川浩司
    • Journal Title

      Electrochemistry

      Volume: 84 Pages: 445-448

  • [Journal Article] Direct confirmation of distribution for Cl- in CH3NH3PbI3-xClx layer of perovskite solar cells2016

    • Author(s)
      Ludmila Cojocaru, Satoshi Uchida, Daiki Matsubara, Hiroaki Matsumoto, Katsuji Ito, Yoshihiro Otsu, Patrick Chapon, Jotaro Nakazaki, Takaya Kubo, and Hiroshi Segawa
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 45 Pages: 884-886

    • DOI

      10.1246/cl.160436

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Recent development of perovskite solar cells2016

    • Author(s)
      Jotaro Nakazaki
    • Organizer
      5th Next PV International Workshop
    • Place of Presentation
      フランス・CNRS Meudon Bellevueキャンパス
    • Year and Date
      2016-12-13
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-01-16  

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