2021 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
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20H02565
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
沈 青 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50282926)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
豊田 太郎 電気通信大学, その他部局等, 名誉教授 (40217576)
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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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 光励起キャリアダイナミクス / ホットキャリア / 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホットインジェクション法を用いて、ペロブスカイトAPbX3（X = Cl-、Br-、およびI-）量子ドット（PQD）を作製し、量子ドット太陽電池へ適用した。今年では、PQD のAサイトはそれぞれセシウム（Cs）、メチルアンモニウム（MA ）、またはホルムアミジニウム（FA）とそれらの混晶を用いた。主にAサイトの違いによるPQD結晶構造、光物性と光励起キャリアダイナミクスおよび量子ドット太陽電池の光電変換特性の変化について検討した。透過型電子顕微鏡（TEM）およびエネルギー分散型X線分光（EDS）測定の結果から、混晶したPQDでは、混晶されたＡサイトの成分はPQD全体でランダムに分布していることが判明した。さらに、Ａサイトの混晶化によりPQDのフォトルミネッセンス量子収率が向上したことを見つけた。大変興味深いことは、Ａサイトの混晶化により、ペロブスカイト量子ドット太陽電池の光電変換効率は12％ぐらいから約15％までに向上したことに成功した。さらに、ＡサイトはPQDの光励起キャリアダイナミクス、特にホットキャリアの緩和プロセスに大きな影響を与えることを見出した。さらに、カルボキシル基を持つ一連の半導体配位子を使用することにより、PQDからCoolキャリアとホットキャリア両方を効率的に抽出することが可能であることを発見した。光励起ホットキャリアダイナミクスを解析した結果、PQDのホットキャリアの冷却が大幅に延長され、ホットキャリアの抽出が容易になることが分かった。半導体リガンドとCsPbI3QDの間の化学結合、電子結合、およびキャリア移動は、ドナー-アクセプターシステムでは互いに共生していることが示唆された。これらの結果は、Coolとホットキャリアの抽出と太陽電池への利用を実現する要因に光を当て、多重励起子型とホットキャリア型太陽電池を設計するための戦略を提供できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
（１）量子ドット太陽電池の太陽電池は１５％以上に達成し、この分野で世界トップレベルである。
（２）ペロブスカイト量子ドット中の光励起キャリアダイナミクスを解明し、ホットキャリアを抽出できる手法を見つけた。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、以下の項目を推進する。
（１）量子ドットと電子輸送層およびヘテロ接合量子ドット太陽電池の作製
（２）ヘテロ接合量子ドット太陽電池の各界面制御方法の確立
（３）量子ドット太陽電池における各界面での電荷分離機構の解明
（４）MEG型ヘテロ接合量子ドット太陽電池の創成と高効率化への指針の提案
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[Journal Article] Passivating Quantum Dot Carrier Transport Layer with Metal Salts2021
Author(s)
Chen, Z.; Zhang, Y.; Teh, Z. L.; Yang, J.; Yuan, L.; Conibeer, G. J.; Patterson, R. J.; Shen, Q.; Huang, S.; Zhang, Z.
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Journal Title
ACS Appl. Mater. Interfaces
Volume: 13
Pages: 28679-28688
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The effect of water on colloidal quantum dot solar cells2021
Author(s)
G. Shi, H. Wang, Y. Zhang, C. Cheng, T. Zhai, B. Chen, X. Liu, R. Jono, X. Mao, Y. Liu, X. Zhang, X. Ling, Y. Zhang, X. Meng, Y. Chen, S. Duhm, L. Zhang, T. Li, L. Wang, S. Xiong, T. Sagawa, T. Kubo, H. Segawa, Q. Shen, Z. Liu, W. Ma
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Journal Title
Nat Commun
Volume: 12
Pages: 4381-4383
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Matrix Manipulation of Directly-Synthesized PbS Quantum Dot Inks Enabled by Coordination Engineering2021
Author(s)
Li, F., Liu, Y., Shi, G., Chen, W., Guo, R., Liu, D., Zhang, Y., Wang, Y., Meng, X., Zhang, X., L, Y., Deng, W., Zhang, Q., Shi, Y., Chen, Y., Wang, K., Shen, Q., Liu, Z., M-Buschbaum, P., Ma, W.
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Journal Title
Adv. Funct. Mater.
Volume: 31
Pages: 2104457
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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