• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2020 Fiscal Year Annual Research Report

Control of the nano-interface of heterojunction quantum dot solar cells and improvement of the charge separation efficiency for multiple excitons

Research Project

Project/Area Number 20H02565
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

沈 青  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50282926)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 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)
豊田 太郎  電気通信大学, その他部局等, 名誉教授 (40217576)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords量子ドット / 太陽電池 / 界面制御 / 光励起キャリアダイナミクス / 多重励起子 / ホットキャリア
Outline of Annual Research Achievements

(1)量子ドット(QDs)太陽電池のデバイス構造として、光吸収層と正孔輸送層にPbS QDs、電子輸送層にはZnOナノワイヤー(ZnO NWs: ZnO Nanowires)を用いた。ZnO NWsの表面にZnMgOとEDTのパッシベーションを施した。これらのパッシベーションによって、ZnO NWs表面の吸着酸素に起因するトラップ準位密度を抑制できたことがわかった。また、太陽電池の光電変換効率は著しく向上した。これは、トラップ準位密度を抑制による電荷再結合確率の減少と電荷分離効率の増大による影響であると示唆された。
(2)鉛と錫を混晶させたCsSnxPb1-xBr3 QDを作製し、その光吸収やフォトルミネッセンス(PL)などの光物性と光励起キャリアダイナミクスの変化およびそのメカニズムについて検討した。CsSnxPb1-xBr3 QDの錫の量(X)を増やすことでQD内のひずみの大きさが小さくなることが、CsPbBr3QDやCsSnBr3QDよりも相安定向上につながることが判明した。また錫の量を増やすことでUrbachエネルギーの増加やPLQYの低下が見られた。これは、QD内部に生じるひずみによるものでもなく、Snが2価から4価になることによって生じる欠陥でないことがわかった。このことからSn固有の格子欠陥の可能性が示唆された。
(3)量子ドットの表面欠陥を低減させることは量子ドット太陽電池の高効率化を実現するための鍵である。今年度では、量子ドット膜におけるパッシベーションを行い、その光電変換性能を著しく向上させたことに成功した。固体リガンド交換法(SSE)で形成したPbS量子ドット膜に対して、ハロゲン化メチルMAClを用いて表面パッシベーションを行った。その結果、MAClパッシベーションにより、光電変換効率が著しく向上し、12.4%に達成した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

計画したとおりで、各種量子ドットの作製、量子ドッド太陽電池の各界面に対して制御とパッシベーションを行い、量子ドット太陽電池の変換効率を12.4%以上向上することに成功した。この結果はPbS量子ドット太陽電池分野で、世界トップレベルである。また、量子ドット(溶液中と各種基板に吸着したもの)と量子ドット太陽電池における光励起キャリアダイナミクスを系統的に評価し、今後量子ドット太陽電池の高効率化のための基礎データが得られた。

Strategy for Future Research Activity

今後、引き続き、量子ドッド太陽電池の各界面に対して制御とパッシベーションを行い、量子ドット太陽電池の変換効率のさらなる向上を図る。同時に、量子ドット太陽電池における光励起キャリアダイナミクスを評価し、量子ドット間での電荷移動や各界面での電荷分離効率を検討し、多重励起子型太陽電池の実現のための道筋を探索する。

  • Research Products

    (21 results)

All 2021 2020

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Mg-doped ZnO layer to enhance electron transporting for PbS quantum dot solar cells2021

    • Author(s)
      Xing Meibo、Wei Yuyao、Wang Dandan、Shen Qing、Wang Ruixiang
    • Journal Title

      Current Applied Physics

      Volume: 21 Pages: 14~19

    • DOI

      10.1016/j.cap.2020.09.014

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of Pb-doped CdS quantum dot using SILAR method on mesoporous TiO<sub>2</sub> layer2021

    • Author(s)
      Sudswasd Yosita、Liu Feng、Toyoda Taro、Shen Qing、Yindeesuk Witoon
    • Journal Title

      Journal of Physics: Conference Series

      Volume: 1719 Pages: 012063~012063

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1719/1/012063

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Modeling of Nucleation and Growth in the Synthesis of PbS Colloidal Quantum Dots Under Variable Temperatures2021

    • Author(s)
      Wang Dandan、Xing Meibo、Wei Yuyao、Wang Longxiang、Wang Ruixiang、Shen Qing
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 6 Pages: 3701~3710

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c05223

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Ultra-Halide-Rich Synthesis of Stable Pure Tin-Based Halide Perovskite Quantum Dots: Implications for Photovoltaics2021

    • Author(s)
      Liu Feng、Jiang Junke、Toyoda Taro、Kamarudin Muhammad Akmal、Hayase Shuzi、Wang Ruixiang、Tao Shuxia、Shen Qing
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 4 Pages: 3958~3968

    • DOI

      10.1021/acsanm.1c00324

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A New Strategy for Increasing the Efficiency of Inverted Perovskite Solar Cells to More than 21%: High‐Humidity Induced Self‐Passivation of Perovskite Films2020

    • Author(s)
      Zhang Fan、Huang Qingxun、Song Jun、Hayase Shuzi、Qu Junle、Shen Qing
    • Journal Title

      Solar RRL

      Volume: 4 Pages: 2000149~2000149

    • DOI

      10.1002/solr.202000149

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface-Modified Graphene Oxide/Lead Sulfide Hybrid Film-Forming Ink for High-Efficiency Bulk Nano-Heterojunction Colloidal Quantum Dot Solar Cells2020

    • Author(s)
      Zhang Yaohong、Wu Guohua、Ding Chao、Liu Feng、Liu Dong、Masuda Taizo、Yoshino Kenji、Hayase Shuzi、Wang Ruixiang、Shen Qing
    • Journal Title

      Nano-Micro Letters

      Volume: 12 Pages: 1~14

    • DOI

      10.1007/s40820-020-00448-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In-Depth Exploration of the Charge Dynamics in Surface-Passivated ZnO Nanowires2020

    • Author(s)
      Zhang Yaohong、Ozu Shuhei、Wu Guohua、Ding Chao、Liu Feng、Liu Dong、Minemoto Takashi、Masuda Taizo、Hayase Shuzi、Toyoda Taro、Shen Qing
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 124 Pages: 15812~15817

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c04199

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Passivation Strategy of Reducing Both Electron and Hole Trap States for Achieving High-Efficiency PbS Quantum-Dot Solar Cells with Power Conversion Efficiency over 12%2020

    • Author(s)
      Ding Chao、Liu Feng、Zhang Yaohong、Hayase Shuzi、Masuda Taizo、Wang Ruixiang、Zhou Yong、Yao Yingfang、Zou Zhigang、Shen Qing
    • Journal Title

      ACS Energy Letters

      Volume: 5 Pages: 3224~3236

    • DOI

      10.1021/acsenergylett.0c01561

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Atomistic and Electronic Origin of Phase Instability of Metal Halide Perovskites2020

    • Author(s)
      Jiang Junke、Liu Feng、Tranca Ionut、Shen Qing、Tao Shuxia
    • Journal Title

      ACS Applied Energy Materials

      Volume: 3 Pages: 11548~11558

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c00791

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Phase Stable and Less-Defect Perovskite Quantum Dots:Optical Property, Photoexcited Carrier Dynamics and Application to Solar Cells2020

    • Author(s)
      Qing Shen
    • Organizer
      MRS Fall Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Phase Stable and Less-Defect Perovskite Quantum Dots: Optical Property, Photoexcited Carrier Dynamics, and Application to Solar Cells2020

    • Author(s)
      Qing Shen
    • Organizer
      PVSEC-30 & GPVC 2020
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Phase Stable and Less-Defect Perovskite Quantum Dots: Optical Property, Photoexcited Carrier Dynamics, and Application to Solar Cells2020

    • Author(s)
      Qing Shen, Feng Liu, Chao, Ding and Yaohong Zhang
    • Organizer
      PRiME 2020
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] The effects of ZnMgO passivation on the photoluminescence of ZnO Nanowires2020

    • Author(s)
      中村眞子, 丁超, 張紅耀, 劉鋒, 豊田太郎, 早瀬修二, 沈青
    • Organizer
      MRMフォーラム2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Surface passivation effect of ZnO nanowire using ZnMgO2020

    • Author(s)
      中村眞子, 丁超, 張紅耀, 劉鋒, 豊田太郎, 早瀬修二, 沈青
    • Organizer
      第30回日本MRS年次大会
  • [Presentation] 錫と鉛の混晶比によるCsSnxPb1-xBr3ペロブスカイトナノ結晶の光物性と光励起キャリアダイナミクスの変化2020

    • Author(s)
      川畑 健大朗, 劉 峰, 張 耀紅, 豊田 太郎, 早瀬 修二, 沈 青
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Colloidal Synthesis of Air-Stable Alloyed CsSn1-xPbxI3 Perovskite Nanocrystals for Use in Solar Cells2020

    • Author(s)
      Kentaro Kawabata ,Feng Liu , Chao Ding , Yaohong Zhang , Qing Shen , Shuzi Hayase , Taro Toyoda
    • Organizer
      International Conference on Perovskite, Organic Photovoltaics and Optoelectronics (IPEROP20)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] APbBr3ペロブスカイトナノ結晶の光物性と光励起キャリアダイナミクスおよび安定性2020

    • Author(s)
      矢嶋 祥太, 川畑 健大朗, 劉 鋒, 張 耀紅, 丁 超, 豊田 太郎, 早瀬 修二, 沈 青
    • Organizer
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] CsSnxPb1-xBr3ペロブスカイト量子ドット(QD)の光物性と光励起キャリアダイナミクス2020

    • Author(s)
      川畑 健大朗, 劉 鋒, 張 耀紅, 丁 超, 豊田 太郎, 早瀬 修二, 沈 青
    • Organizer
      MRM Forum 2020
  • [Presentation] PbS/CdSコアシェル型量子ドットの電荷分離ダイナミクス2020

    • Author(s)
      小栗直己 , 丁超, 豊田太郎, 早瀬修二, 沈青
    • Organizer
      第67回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] PbS量子ドット膜の光励起キャリアダイナミクスの粒径依存性2020

    • Author(s)
      小栗直己, 朝倉良太, 丁超, 豊田太郎, 早瀬修二, 沈青
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Change in photoexcited carrier dynamics of PbS quantum dots by the CdS surface passivation2020

    • Author(s)
      小栗直己 , 丁超, 豊田太郎, 早瀬修二, 沈青
    • Organizer
      MRM2021
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-12-28  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi