2021 Fiscal Year Research-status Report

Multi functionalization of organic-inorganic perovskite solar cells by graphene electrodes

Research Project

Project/Area Number	20K05268
Research Institution	University of Hyogo
Principal Investigator	藤井俊治郎兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (80586347)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	グラフェン / ナノカーボン / 透明電極 / 有機無機ペロブスカイト / ペロブスカイト太陽電池
Outline of Annual Research Achievements	昨年度は、大気圧化学気相成長(CVD)装置を新たに立ち上げ、ニッケル基板および銅基板上に多層グラフェンをCVD成長させることに成功した。令和3年度は、グラフェンの合成技術を推し進めるため、目的の形状のグラフェンを目的の場所に簡便に直接成長させる手法の開発を行った。まず、原料ガスのメタンの流量を変化させることにより、銅薄膜/SiO2/Si基板上にグラフェンが成長する条件を見出した。さらに、SiO2/Si基板上にあらかじめパターニングした銅薄膜を作製し、グラフェン成膜を行った。ラマンマッピング測定の結果から、パターニングした形状のどおりに多層グラフェンが成長していることがわかった。パターニング銅薄膜上のみにグラフェンが成膜される性質を利用することで、位置選択的にグラフェンを直接成長可能な手法を実証した。ペロブスカイト太陽電池においては、昨年度に引き続きデバイスシミュレーションを行い、新規正孔輸送材料を検討した。1次元デバイスシミュレーターを用いたペロブスカイト太陽電池の性能のシミュレーション結果から、p型半導体である亜酸化銅（Cu2O）を正孔輸送層に適用できる可能性を明らかにした。また、実際に銅基板を電気炉で熱酸化することにより、Cu2O薄膜を作製することに成功した。一方、銅基板の熱酸化によるCu2O作製を試みる過程で、酸化銅（CuO）ナノワイヤーの形成が確認された。この酸化銅ナノワイヤーの構造を顕微ラマン分光法と電子線後方散乱回折法により詳細に調べた結果、幅の太い領域においてCu2O/CuOヘテロ接合が形成されるという新たな知見が得られた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason グラフェン合成技術の開発はおおむね順調に進展しているが、ペロブスカイト太陽電池の作製に関して研究が遅れている。研究開始当初は、ペロブスカイト太陽電池の作製を外部共用施設で行うことを想定していた。新型コロナウイルスの世界的まん延により、昨年度に続き令和3年度も外部共用施設での実験が困難であった。そのため、最終年度となる令和4年度は、研究方針を見直して研究を進める。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度は、昨年度までに開発した技術を用いてグラフェンを合成し、グラフェン上に液相プロセスによる有機無機ペロブスカイトの作製を試みる。グラフェンとペロブスカイトのヘテロ接合形成を試み、その基礎物性を調べる。有機無機ペロブスカイトを太陽電池だけでなく光センサーなどへ応用することも検討する。これと並行して、色素増感太陽電池などの有機系太陽電池の作製を行う。電極にグラフェンを用いた有機系太陽電池を試作し、グラフェンの太陽電池電極への応用可能性を探る。