2016 Fiscal Year Annual Research Report
Characterization of perovskite solar cell using in-situ Kelvin probe force microscopy
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15K18042
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
石田 暢之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主任研究員 (10451444)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ペロブスカイト太陽電池 / ケルビンプローブフォース顕微鏡 / 電位計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでのペロブスカイト太陽電池に関するデバイス開発はエネルギー変換効率の改善を目的とした現象論的アプローチ（試行錯誤）が主流であった。本研究では、ケルビンプローブフォース顕微鏡（KPFM）を用いたその場電位計測によりその動作原理の解明を試み、これにより物理的理解に根ざした最適なデバイス構造を提案することを目的とした。28年度の研究で以下の成果が得られた。
(1) 27年度に行った断面KPFM電位計測では、断面作製の具合によりデータにばらつきがあり再現性が得られないという課題があった。そこで、断面作製技術の開発に注力し、再現良く平坦な断面を露出させる手法を確立することができた。これにより、取得した電位計測データの再現性および信頼性が大きく向上した。
(2) 27年度の研究で、光照射時と暗状態での電位分布の変化を直接観察することに成功した。しかし、その変化分がデバイスの開回路電圧の値と一致しないという課題があった。これについて原因を探ったところ、KPFM測定に使用するレーザ光がわずかながらデバイス側へ漏洩し、それにより完全な暗状態での電位分布計測ができていないことが分かった。そこで、測定方法を改良したところ、光照射による電位分布変化を定量的に計測することに成功した。これにより、高い信頼性でp-n接合の空間認識が可能となった。
(3) (1)、(2)で開発した技術をもとにペロブスカイト層の組成や太陽電池構造の違いで、p-n接合の位置がどのように変化するかを測定した。その結果、太陽電池の構造だけでなく、ペロブスカイト層の組成によってもp-n接合界面の位置が大きく変化することが分かった。この知見はデバイス構造を最適化する上で、どの層を改良すれば良いか示唆する重要なデータであり、デバイス開発の設計指針に大きく貢献すると期待できる。
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