2021 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical design of optimum composition of fluorine-based composite perovskite solar cells with moisture resistance
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19K05063
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| Research Institution | Kogakuin University |
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Principal Investigator |
高羽 洋充 工学院大学, 先進工学部, 教授 (80302769)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ペロブスカイト太陽電池 / ハライドペロブスカイト / 耐湿性 / 密度汎関数法 / フッ素系 / バンドギャップ / 第一原理計算 / 水分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は理論計算を用いて、フッ素系複合化ペロブスカイトの安定構造と電子構造を明らかにし、太陽電池として最適な電子物性をもつ化学組成を見出すことである。フッ素系ペロブスカイトの構造としては、B/Xサイト元素の多数候補の組み合わせ、およびそれらの複合化構造を想定し、多数の仮想的な化学組成を機械的に生成し、理論計算で網羅的に評価する。また、水分子の吸着性と反応性を理論計算で検討することで、提案構造の耐湿性を評価する。
実績としては、まず、Gold Schmidt則によるフッ素系ハライドペロブスカイトの探索を行なった。Gold Schmidt則は、ペロブスカイト構造の安定性を評価する経験的指標であり、構成イオンの大きさから計算される。例えば、CF3NH3PbI3のGold Schmidt則因子は0.909でありサイズ的にはペロブスカイト構造を形成できる。低分子データベースを利用して、複合化ペロブスカイトの複数の候補組成を網羅的に算出した。例えば(NH2)2CHBX3 、(NH2)2CFBX3、（B=Pb,Gd,Sn, X=I,Br,など）などの組成について、Gold Schmidt則因子を満たす組成候補リストを作成した。
リスト中の複合化ペロブスカイトの分子モデルを複数作成した。それら構造の安定性を明らかにするために、第一原理計算（密度汎関数法）の構造エネルギー最適化計算を実施し、安定構造を明らかにした。なお、密度汎関数法には平面波基底に、分散力補正した一般化勾配近似の汎関数を用いていた。さらに、バンドギャップ、バンド構造、などの電子物性として評価した。その結果、フッ素系ハライドペロブスカイトの多くの組成は1.4eV以上のバンドギャップを持つことが明らかとなった。また、水分子の吸着エネルギーからフッ素系ハライドペロブスカイトの耐湿性が高いことを見出した。
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Research Products
(4 results)
