2016 Fiscal Year Research-status Report
有機-無機ハイブリッドタンデム太陽電池のためのグラフェン電極の開発
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16K18356
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
石川 亮佑 新潟大学, 自然科学系, 助教 (50637064)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | グラフェン / ドーピング / ペロブスカイト太陽電池 / タンデム太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は「有機-無機ハイブリッドタンデム太陽電池のためのグラフェン電極の開発」である。ペロブスカイト材料をトップセルとしたタンデム太陽電池は低コストかつ高効率な次世代太陽電池として非常に着目されている。しかし、セル全体の光学的な設計やボトムセルとの電気的な接合技術については未成熟でタンデム化したときの損失が大きい。そこで本申請では、広い波長範囲で高い光透過率を有し、良好な電気的接合が期待できるグラフェン電極を有機-無機ハイブリッドタンデム太陽電池の接合層として適用することを提案し、低コスト・高効率・長期安定な太陽電池のための基盤技術を確立する。
1年目はグラフェン上に安定な正孔（または電子）輸送層として有望な金属酸化物薄膜を蒸着する技術を確立し、グラフェンと金属酸化物の界面物性の解明に取り組むことを目標にした。化学気層堆積法により成長した多層グラフェン上に真空蒸着によりMoO3薄膜を成膜し、大気中において適切なアニールを施すことにより非常に大きなキャリアドーピング効果が得られた。最大でシートキャリア濃度は5.5倍となり、その結果グラフェンのシート抵抗は1/3まで低減した。これはグラフェンへのドーピングに関するこれまでの報告をみても最も優れたドーピング効果と言える。また、グラフェンとMoO3との界面物性を解明すべく、第一原理計算による電子構造解析をするための環境を整えた。具体的にはSIESTAプログラムをインストール、コンパイルしてグラフェンやMoO3などの単体の構造最適化や電子構造解析が出来るようにした。現在、スラブ構造を用いてグラフェン/MoO3界面の電子構造解析を行っており、ドーピングメカニズムの解明に役立てたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
グラフェン上に安定な正孔輸送層として有望なMoO3を成膜する技術を確立でき、グラフェンと金属酸化物の界面物性の解明に着手しているため、1年目の目標をおおむね達成している。現在計算中のグラフェン/MoO3界面の電子構造解析の結果をふまえて論文などの成果にまとめる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
グラフェン上に成膜したMoO3を正孔輸送層としてペロブスカイト太陽電池を実際に作製し、太陽電池特性と長期安定性の評価を行っていく。グラフェン電極を有するペロブスカイト太陽電池作製プロセスが確立されたら、最終的なタンデム太陽電池に応用していく。ボトムセルとしては当研究室の化合物系太陽電池や他研究グループの結晶シリコン太陽電池を想定している。本研究により、低コスト・高効率・長期安定な有機-無機ハイブリッドタンデム太陽電池のための基盤技術の確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
1年目は所望の蒸着装置が導入できなかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
1年目は所望の蒸着装置が導入できなかったため、現有の装置を用いて実験したが、次年度5月に新しい蒸着装置を導入する予定で現在手続きを進めている。また3月には学会発表のための旅費を計上しており、上記の蒸着装置の導入時期以外は大きな計画の変更はないと考えている。
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