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2020 Fiscal Year Annual Research Report

逆型ペロブスカイト太陽電池の発電メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number 18H02078
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

韓 礼元  東京大学, 教養学部, 特任教授 (20531172)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中崎 城太郎  東京大学, 大学院総合文化研究科, 特任准教授 (10444100)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywordsペロブスカイト太陽電池 / スズ / 結晶成長
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、高効率を示したヘテロ接合構造ペロブスカイト太陽電池を中心に、材料物性およびヘテロ接合に関して、種々の測定法を用いて、ペロブスカイト太陽電池を構成する要素の理解・解明を行い、デバイスの高性能化を狙う。
本年度では、下記の成果を得た。
1)スズペロブスカイトのエネルギーレベル構造とPCBMなどの一般的な電子輸送層との間のエネルギーレベルの不一致が大きいため、その界面において大きな非輻射によるデバイスの開回路電圧の低下が生じた。 開放電圧を向上させるため、ペロブスカイト層/電子輸送層の界面において、その界面からペロブスカイト内部にワイドバンドギャップを有するペロブスカイト勾配層を導入した。二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)により、この勾配ヘテロ接合構造が確認された。 時間分解過渡蛍光分光法(TRPL)と空間電荷制限電流曲線(SCLC)の測定により、この勾配構造が、スズペロブスカイト表面の電子抽出能力を効果的に高め、ペロブスカイト膜の欠陥状態密度を効果的に低減できることが分かった。その結果、デバイスの開回路電圧が約130 mV増加した。
2)ペロブスカイト太陽電池において電子の拡散長がデバイスの変換効率に大きく影響した。 我々は、有機ハロゲン化合物をテンプレートとして使用して、FASnI3ペロブスカイトを基板に垂直な(h00)結晶面に沿って成長させた。広角X線回折分光法(GIWAXS)によって高品質、かつ滑らかな表面を有するペロブスカイト膜を得た。得られたペロブスカイト膜の電子拡散長が70nmから180nmに増加した。その結果、変換効率11.8%を得た。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (1 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Shanghai Jiao Tong University(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Shanghai Jiao Tong University
  • [Journal Article] Lead-free tin perovskite solar cells2021

    • Author(s)
      Wu Tianhao、Liu Xiao、Luo Xinhui、Lin Xuesong、Cui Danyu、Wang Yanbo、Segawa Hiroshi、Zhang Yiqiang、Han Liyuan
    • Journal Title

      Joule

      Volume: 5 Pages: 863~886

    • DOI

      10.1016/j.joule.2021.03.001

  • [Journal Article] Efficient and stable tin perovskite solar cells enabled by amorphous-polycrystalline structure2020

    • Author(s)
      Liu Xiao、Wang Yanbo、Wu Tianhao、He Xin、Meng Xiangyue、Barbaud Julien、Chen Han、Segawa Hiroshi、Yang Xudong、Han Liyuan
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 11 Pages: 2678-1~7

    • DOI

      10.1038/s41467-020-16561-6

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Templated growth of FASnI3 crystals for efficient tin perovskite solar cells2020

    • Author(s)
      Liu Xiao、Wu Tianhao、Chen Jung-Yao、Meng Xiangyue、He Xin、Noda Takeshi、Chen Han、Yang Xudong、Segawa Hiroshi、Wang Yanbo、Han Liyuan
    • Journal Title

      Energy & Environmental Science

      Volume: 13 Pages: 2896~2902

    • DOI

      10.1039/d0ee01845g

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The Application of Graphene Derivatives in Perovskite Solar Cells2020

    • Author(s)
      Su Hongzhen、Wu Tianhao、Cui Danyu、Lin Xuesong、Luo Xinhui、Wang Yanbo、Han Liyuan
    • Journal Title

      Small Methods

      Volume: 4 Pages: 2000507~2000507

    • DOI

      10.1002/smtd.202000507

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Efficiency progress of inverted perovskite solar cells2020

    • Author(s)
      Lin Xuesong、Cui Danyu、Luo Xinhui、Zhang Caiyi、Han Qifeng、Wang Yanbo、Han Liyuan
    • Journal Title

      Energy & Environmental Science

      Volume: 13 Pages: 3823~3847

    • DOI

      10.1039/D0EE02017F

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Toward High Efficiency of Lead-free Tin Perovskite Solar Cells2020

    • Author(s)
      Liyuan Han
    • Organizer
      International online conference on Hybrid materials and optoelectronic devices (HYBRIDOE)
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2021-12-27  

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