Theoretical design of optimum composition of fluorine-based composite perovskite solar cells with moisture resistance

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05063
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
• Research Institution: Kogakuin University
• Principal Investigator: Takaba Hiromitsu 工学院大学, 先進工学部, 教授 (80302769)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ハライドペロブスカイト / 太陽電池 / フッ化物系 / フッ素化合物 / 密度汎関数法 / 耐湿性 / 劣化 / 部分置換ペロブスカイト

Outline of Final Research Achievements

Fluoride halide perovskites with CF3NH3 (TFA) substituted into the A site can exist stably, but the band gap is found to be above 1.6 eV. Partial substitution of A-site ions with CH3NH3 is effective to bring the band gap closer to the appropriate value of 1.4 eV. DFT calculations suggest that water molecules do not adsorb on the parallel TFAPbI3 (001) surface, indicating that the expected surface hydrophobicity is realized. These results indicate that TFAPbI3 is a promising material for moisture-resistant solar cells.

Free Research Field

材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

有機無機ペロブスカイトは次世代の低コスト太陽電池材料として注目を集めている。しかしながら、水などによる構造劣化が実用化に向けての大きな課題となっている。本研究では、Aサイトイオンにフッ化物を導入したペロブスカイト、あるいはXサイトにフッ素イオンを導入したフッ素系ペロブスカイトの新規組成を提案し、劣化耐性が期待できることを理論計算で明らかにした。これは、有機無機ペロブスカイトの実用化に向けて大きな一歩である。