2020 Fiscal Year Annual Research Report
High-performance lead-free perovskite solar cells by crystal growth control
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20H02819
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
宮寺 哲彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (30443039)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
丸山 伸伍 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80732362)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ペロブスカイト太陽電池 / 鉛フリーペロブスカイト / 偏光赤外多角入射分光法 / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高効率かつ低コストな太陽電池として実用化が期待されているペロブスカイト太陽電池の分野において、毒性の懸念から鉛代替材料による太陽電池の開発が急務となっている。本研究ではこれまでに応募者らが開発してきた分子層レベルで組成制御が可能な精密結晶成長手法やリアルタイム薄膜成長解析手法を駆使してハイスループットな材料・素子開発を戦略的に推進し、環境負荷の低い鉛代替ペロブスカイト太陽電池の高性能化を実現する。
今年度は鉛代替材料としてSnを用いたペロブスカイトの素子開発及び結晶成長機構の解析を実施した。
産業技術総合研究所においてヨウ化スズ（SnI2）とホルムアミジンよう化水素酸塩(FAI)を組み合わせたペロブスカイトを用いて太陽電池の素子開発を実施した。同一基板上に異なる組成比のSnI2とFAIを成膜するコンビナトリアル成膜法を用いて組成比と太陽電池特性の関係を調べた。
東北大学においてSnI2とグアニジンよう化水素酸塩（GAI）を組み合わせたペロブスカイトの結晶成長機構を調べた。in-situ偏光赤外多角入射分光法を用いて結晶成長過程において原材料からペロブスカイトが形成されていく様子をリアルタイムで解析した。
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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
鉛代替材料としてSnを用いたペロブスカイトの素子開発および結晶成長機構解析を推進しており、素子特性の組成依存性や結晶成長ダイナミクスに関する知見を得ている。従って、研究は順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに鉛代替材料としてSnを用いたペロブスカイトの太陽電池特性および結晶成長機構の解析を実施してきた。本年度は当該材料系での素子開発および結晶成長解析をさらに進めて光電変換効率の向上や結晶成長メカニズムの解明を推進する。
コンビナトリアル成膜手法を軸としたハイスループット材料合成手法およびリアルタイムX線回折、リアルタイム偏光赤外多角入射分光法を活用し、プロセス解析の結果を素子開発にフィードバックさせて効率よく研究を推進していく。
Snを用いた研究を推進するとともに、実験的な実績のあるBiなどの金属や、量子科学計算により予測されているMg、Mn、Niなどの材料系を用い、各種ハロゲン、有機アミン材料との組み合わせを系統的に探索することで、高効率を発現する最適な材料組成を見出していく。
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