2021 Fiscal Year Research-status Report
Direction toward high-efficiency Sn perovskite solar cells analyzed by impedance
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19KK0143
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
早瀬 修二 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 特任教授 (80336099)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沈 青 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50282926)
カマルディン ムハマドアクマル 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 特任研究員 (60853661)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2022-03-31
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| Keywords | ペロブスカイト / 太陽電池 / Sn / 鉛フリー / 高効率 / パッシベーション / 欠陥 / 有機ケイ素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉛を含まないペロブスカイト太陽電池の高効率化が望まれている。錫系ペロブスカイトがその最も期待される候補であるが効率が低いという問題点があった。錫系ペロブスカイト太陽電池の効率を向上するためには結晶欠陥に起因する電荷再結合サイト密度を低下させる必要がある。これまで我々はヨウ素イオン欠陥（undercordinated Sn ion）密度を低下させるために、エチレンジアミンによるパッシベーションが有効であることを示してきた。今回表面撥水性を有するハロゲン化ケイ素(Me3Si-Br)で表面をパッシベーションしたところ、耐久性、効率が向上することを見出した。効率は表面パッシベーション後に10.05%から12.22%に向上した。耐久性は未封止、窒素下で保存したところ、パッシベーション前には40日で30%の効率低下があったが、パッシベーション後は92日間で20%の低下に抑えることができた。ヨウ素イオン欠陥にBrイオンが配位しMe3Siグループが界面、粒界に吸着することにより、ヨウ素イオン欠陥密度を低下させるとともに、粒界を疎水性化し水分の侵入を防止していると推定された。Ms3SiXのXはClイオン=Iイオン<Brイオンの順に効率が向上した。表面パッシベーションによりSn4+イオンの生成が抑制され、PL寿命が増大したという実験結果は、粒界に存在する結晶欠陥がMs3SiBrによりパッシベーションされ効率、耐久性が向上したという説明をサポートしている。ハロゲン化有機ケイ素化合物による粒界パッシベーションは耐久性向上、効率向上に有効であることを実証した。
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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
本研究の目的はこれまで効率が低かった錫系ペロブスカイト太陽電池の効率向上、耐久性向上のための指針を提案することである。我々は結晶の格子欠陥が電荷再結合中心になり効率の低下を引き起こしていると考え、特に欠陥が多い粒界、ヘテロ界面を有機分子でパッシベーションすることにより格子欠陥を低減する方法を検討してきた。今回新しくハロゲン化有機ケイ素化合物が性能向上と耐久性向上をもたらすことを見出した。表面パッシベーションにより欠陥密度が減少し電荷寿命を長くしたこと、および効率低下をもたらしていたSn4+の生成を抑制できたことが効率向上の原因であることをスペインとの共同研究により明らかにした。効率向上、耐久性向上のための指針を得ることができ、研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
鉛フリーペロブスカイト太陽電池である錫系ペロブスカイト太陽電池の性能向上のためには格子欠陥密度を低下させることが有効であることを表面パッシベーション法により実証してきた。今後は、この研究を続けさらに有効に粒界欠陥をパッシベーションできる分子構造の検討を続けるとともに、欠陥生成エネルギーが高く欠陥が生じない組成/界面、または欠陥が存在しても深い電荷トラップが生じない組成/界面を計算および実験により実証する組成エンジニアリングを同時に進める。
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[Journal Article] Enhanced efficiency and stability in Sn-based perovskite solar cells by trimethylsilyl halide surface passivation2022
Author(s)
Zheng Zhang, Liang Wang, Ajay Kumar Baranwal, Shahrir Razey Sahamir, Gaurav Kapil, Yoshitaka Sanehira, Muhammad Akmal Kamarudin, Kohei Nishimura, Chao Ding, Dong Liu, Yusheng Li, Hua Li, Mengmeng Chen, Qing Shen, Teresa S. Ripollesb, Juan Bisquert, Shuzi Hayase
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Journal Title
J. Energy Chem.
Volume: 未定
Pages: 未定
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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