2022 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 |
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 / 太陽電池 |
Outline of Annual Research Achievements |
(1)量子ドットと量子ドット(QDs/QDs)界面で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重要な鍵である。今年度の一つ成果として、ペロブスカイト単層でPbS QDs/QDs界面をパッションする新しい手法を開発した。その結果、 QD光吸収層での欠陥密度が 40% 減少したと共に,キャリア移動度が大幅に向上し,QD膜内の光生成キャリアの拡散距離が 1.7 倍増加した。そのため, QD光吸収層の最適な厚さが11%増加し,太陽電池のエネルギー変換効率(PCE)の最高値は13%以上に達成できた。次に、電子輸送層/量子ドット界面のパッシベーションを行った。PMMA(アクリル樹脂)と フラーレンの誘導体であるPCBM(混合層を導入し、電子輸送層のダ メージを防ぐとともに、界面での欠陥密度を低減させた。さらに、電子と正孔をバランスを取りながら抽出し、量子ドット/正孔輸送層の界面での欠陥を低減するために、QD光吸収層と正孔輸送層の間に、PMMAと酸化グラフェンの混合膜を導入した。これにより、正孔移動度が著しく向上し、量子ドット/正孔輸送層の界面での正孔の抽出効率が高まり、電子と正孔の輸送と収集のバランスが向上した。3種類の界面エンジニアリングにより、15.45%の変換効率が達成できた。これは今まで世界的に報告された単一接合の硫化鉛量子ドット太陽電池の中で最高値である。 (2)昨年度の研究の続きで、ペロブスカイトQDの光励起キャリアダイナミクスを評価した。カルボキシル基を持つ一連の半導体配位子をペロブスカイトQD表面に吸着し、光励起キャリアの抽出効率について検討した。単一励起子の場合では、外部への抽出率は99%であることが可能であるが、2励起子の場合では、抽出率は70%ぐらいであることを発見した。これらはは多重励起子の利用にとっては大変重要な基礎データである。
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Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(26 results)
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[Journal Article] Open‐shell Diradical‐sensitized Electron Transport Layer for High‐Performance Colloidal Quantum Dot Solar Cells2023
Author(s)
Shiwen Fang, Jiaxing Huang, Ran Tao, Qi Wei, Xiaobo Ding, Shota Yajima, Zhongxin Chen, Weiya Zhu, Cheng Liu, Yusheng Li, Ni Yin, Leliang Song, Yang Liu, Guozheng Shi, Hao Wu, Yiyuan Gao, Xin Wen, Qi Chen, Qing Shen, Youyong Li, Zeke Liu, Yuan Li, Wanli Ma
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Journal Title
Advanced Materials
Volume: 11
Pages: 2212184-1 - 10
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Qing Shen (沈 青) wiley.com の [PDF] Merging Passivation in Synthesis Enabling the Lowest Open‐Circuit Voltage Loss for PbS Quantum Dot Solar Cells2023
Author(s)
Yang Liu, Hao Wu, Guozheng Shi, Yusheng Li, Yiyuan Gao, Shiwen Fang, Haodong Tang, Wei Chen, Tianshu Ma, Irfan Khan, Kai Wang, Changlei Wang, Xiaofeng Li, Qing Shen, Zeke Liu, Wanli Ma
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Journal Title
Advanced Materials
Volume: 11
Pages: 2207293-1 - 9
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Over 15% Efficiency PbS Quantum‐Dot Solar Cells by Synergistic Effects of Three Interface Engineering: Reducing Nonradiative Recombination and Balancing Charge Carrier Extraction2022
Author(s)
Chao Ding, Dandan Wang, Dong Liu, Hua Li, Yusheng Li, Shuzi Hayase, Tomah Sogabe, Taizo Masuda, Yong Zhou, Yingfang Yao, Zhigang Zou, Ruixiang Wang, Qing Shen
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Journal Title
Advanced Energy Materials
Volume: 12
Pages: 2201676
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Unraveling the organic and inorganic passivation mechanism of ZnO nanowires for construction of efficient bulk heterojunction quantum dot solar cells2022
Author(s)
Yuyao Wei, Mako Nakamura, Chao Ding, Dong Liu, Hua Li, Yusheng Li, Yongge Yang, Dandan Wang, Ruixiang Wang, Shuzi Hayase, Taizo Masuda, Qing Shen
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Journal Title
ACS Applied Materials & Interfaces
Volume: 14
Pages: 36268 - 36276
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Effects of Mixed Cation on Photoelectric Properties, Hot Carrier Dynamics in Hybrid Lead Halide Perovskites, 19th "Next Generation Photovoltaic Power Generation System" Symposium, Kanazawa, Japan, Jun.2022.2022
Author(s)
Hua Li, Chao Ding, Dong Liu, Shuzi Hayase, Taizo Masuda, Qing Shen: Effects of Mixed Cation on Photoelectric Properties, Hot Carrier Dynamics in Hybrid Lead Halide Perovskites, 19th "Next Generation Photovoltaic Power Generation System" Symposium, Kanazawa, Japan, Jun.2022.
Organizer
第 19 回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
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[Presentation] Chemical Anchoring of Semiconductor Ligand onto Perovskite Quantum Dots for Hot and Cold Carriers Extraction.2022
Author(s)
Yusheng Li, Dandan Wang, Shota Yajima, Akihito Fuchimoto, Dong Liu, Hua Li, Yongge Yang, Yuyao Wei, Chao Ding, Shuzi Hayase, Qing Shen
Organizer
The 33rd International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-33)
Int'l Joint Research
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