2015 Fiscal Year Research-status Report
ペロブスカイト太陽電池耐久性要因の解明及び鉛フリー材料開発と応用に関する研究
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15K05597
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
馬 廷麗 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (20380545)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 有機無機複合ペロブスカイト / 薄膜太陽電池 / 耐久性 / 要因解明 / ホール輸送層不要 / カーボン電極ベースしたデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代太陽電池として期待されるペロブスカイト太陽電池は、近年急速に発展しているが、耐久性が悪く、規制された鉛を使用する為、実用化には問題がある。本研究では高性能かつ耐久性に優れた太陽電池の開発を目的とし、初年度は有機無機ペロブスカイト太陽電池を構築し、耐久性について評価し、カーボン電極ベースしたデバイスの耐久性が改善された要因を明らかにする為、平成27年度の研究計画通り、以下の研究を行った。
１.有機無機複合ペロブスカイト薄膜太陽電池の構築：まず、スピンーコート法によりTiO2の緻密膜、多孔質膜及びペロブスカイト（CH3NH3PbI3）膜を作製した。またホール輸送層Spiroがあり、なし２種類のデバイスを作製し、積層電極の性質を調べた。
２．光電変換デバイスのI-VとIPCE等の測定、性能について評価：上述の異なる４種類のデバイスの性能を比較した。デバイスの性能及びカーボン電極のホール収集や拡散などを評価した。
３．耐久性に影響する要因の解明：無機有機Pbペロブスカイトは水と酸素及び光との化学反応が起こりやすい為、耐久性実験の条件は光を照射しながら、周囲の湿度を１０－８０％の範囲で変化させ、空気中またはグローブボックス中での耐久性を調べた。空気中でHI及びH2の気体が生成されているかどうか、またI2の沈殿が形成されるかどうかを確認した。更に安定性を改善する為、ペロブスカイト層にカーボン層をカバーし、更にその上にPMMA高分子で再度保護し、耐久性が改善される状況を調べた。その後、カーボン層の水接触角度等を測定し、カーボン層の撥水性や耐久性への影響について検討する。またペロブスカイト層の組成及び構造の変化を調べ、耐久性に影響する要因を見出した。英語の論文は４本を発表した。
これらの成果は太陽電池の大面積化及び実用化に向けて研究に非常に重要な成果であると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の進捗状況については、予定通り順調に進んでいる。当初予期していない事等は起こっていないが、グローブボックスが無い状況の中得られたデバイスの効率は当初予期より少し低めであった。またペロブスカイト太陽電池の研究は著しく発展しているため、当初予期していた初年度の器具以外に装置及び消耗品などの購入が必要となり、昨年度後半に前倒し支払請求を行った。
具体的に、以下の研究を行い、既に４本の論文を発表している。
１．有機無機複合ペロブスカイト薄膜太陽電池の構築
２．光電変換デバイスのI-VとIPCEなどを測定し、性能について評価
３．耐久性に影響する要因の解明
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の今後の推進方策については、平成28年度の研究計画通り、研究を行う予定である。
①鉛フリー無機ダブルペロブスカイトのDFT法によりA,Bサイドが異なった無機ダブルペロブスカイトを計算する。
②結晶構造及ひハンドギャップをもたらす変化について検討する。
③デザインした鉛フリーペロブスカイトを合成し、物性に関する評価を行う。
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| Causes of Carryover |
ペロブスカイト太陽電池の研究は著しく発展しているため、実験をより早く円滑に、より明確な結果を出すために、ペロブスカイト太陽電池の実験に必要な真空定温乾燥器や薬品等を予算前倒しで購入した。
次年度が限られた予算である為、購入物を細かく見直し、次年度の研究が更に発展するように次年度使用額を増やした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の予算は前倒し請求を行ったため、651,393円となった。
次年度は国内及び国際学会に参加する旅費と登録参加費、また実験の消耗品を購入する予定である。
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