2018 Fiscal Year Annual Research Report
Crystalline orientation control of quasi two-dimensional structure towards high efficiency and durable perovskite solar cells
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17K14533
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| Research Institution | Toin University of Yokohama |
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Principal Investigator |
實平 義隆 桐蔭横浜大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (10751373)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 有機無機複合材料 / ペロブスカイト / 太陽電池 / 結晶配向性 / ナノ構造制御 / ナノ材料 / 酸化チタン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池（PSCs）の耐久性と太陽電池特性の向上を目的として、疎水性長鎖アルキル基を有するアンモニウムカチオンを用いた二次元ペロブスカイト構造の利用に着目した。2017年度は、ブチルアンモニウムヨウ素酸塩-ヨウ化鉛からなる純二次元結晶を用いたPSCsについて、ナノ構造を用いた結晶配向性制御による太陽電池特性の向上を試みた。二次元ペロブスカイトはヨウ化鉛八面体による層状構造をとり、光誘起電荷の拡散が層の延伸方向のみに制限される。そこで、下地の酸化チタン電子輸送層にナノアレイ構造を導入し、二次元結晶が基板に対して水平、垂直に配列する光吸収層の作り分けに成功した。これにより、垂直配向膜では電荷が速やかに外部回路へ移動し、水平配向膜に比べて高い光電変換特性が得られることを示した。
2018年度は、ナノアレイ構造の検討過程で見出した飽和水蒸気雰囲気下での熱処理によるナノ構造タンデム型酸化物半導体膜の作成技術を元に、高効率化した三次元系PSCs界面への擬二次元構造の導入について検討した。酸化チタン層の前駆体膜を125℃の水蒸気雰囲気下で処理すると、500℃で高温焼成した場合と同等に高い結晶性を有する酸化物半導体膜が得られる。さらに電子輸送層に適した緻密／多孔膜が積層したナノ構造が一段階の低温処理で形成でき、PSCsに適用すると通常の焼成法による場合よりも高い太陽電池特性を示した。この低温製膜技術は、熱処理温度に制限がある基板上にPSCsを製膜する場合にも高結晶性の電子輸送層を形成する手法として適用でき、プラスチック基板による軽量、フレキシブルな太陽電池作成を可能にするものでもある。この基板上に三次元系ペロブスカイト層を製膜し、正孔輸送層との界面に長鎖アルキルカチオンの薄膜による擬二次元構造を導入によって効率の向上に寄与することを示した。
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