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2020 Fiscal Year Research-status Report

Crystalline Si/perobskite triple junction solar cells by mist deposition

Research Project

Project/Area Number 20K05318
Research InstitutionSaitama University

Principal Investigator

白井 肇  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (30206271)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 花尻 達郎  東洋大学, 理工学部, 教授 (30266994)
石川 良  埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (90708778)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords多接合太陽電池 / 結晶Si / ペロブスカイト / モノリシック接合
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、塗布法によるN型結晶Si(N-Si)/PEDOT:PSS太陽電池を下部素子、FACsPbI3系ペロブスカイト薄膜太陽電池を上部素子としたモノリシック2接合太陽電池とモノリシックペロブスカイト薄膜太陽電池を接合させたトリプル接合太陽電池による高電圧化を最終目標とする。前年度までにN-Si/PEDOT:PSS接合太陽電池と上部ペロブスカイト薄膜太陽電池の中間電極としてSnCl2溶液を出発原料とした還流によるSnO2の低抵抗化を検討した。その結果還流条件を最適化することで残留塩素を<5%まで低減することに成功し、ITO上SnO2上に形成したFACsPbI3系薄膜太陽電池で効率16%(Jsc:25.2 mA/cm2, Voc:0.953V, FF:66.8)を得た。またN-Si/PEDOT:PSSとの直列接続で開放電圧1.45Vを得た。更にSnO2を電子輸送としたFACsPbIBr系薄膜太陽電池において効率16%を得た。並行してPEDOT:PSS/SnO2界面でのキャリア再結合を促進するため中間電極部材としてAu,カーボンナノチューブ,ポリエチレンイミンによるPEDOT:PSSのフェルミ準位の低減を検討した。しかしいずれの場合にも上部素子の発電が主体で赤外光の下部素子での十分発電にはつながらなかった。この原因には中間電極によるキャリア損失と上部ペロブスカイト素子との電流マッチングが課題として挙げられる。従ってより一層低抵抗な透明電極材料の開発を目的にスパッタ法によるInZnO極薄膜の作製に着手し、中間電極としてのポテンシャルの実証を進めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

塗布法による中間電極部材の探索に時間を要している。可能性のある部材としてカーボンナノチューブ、ポロエチレンイミンによるPEDOT:PSSのフェルミ準位の低減を検討したが顕著な効果が得られなかった。そのためPEDOT:PSS/SnO2接合技術低抵抗な透明電極としてスパッタによるInZnO極薄膜の作製に着手し、中間電極としてのポテンシャルの実証を進めている。上部素子の発電が主体で赤外光の下部素子での十分発電にはつながらなかった。この原因には中間電極によるキャリア損失と上部ペロブスカイト素子との電流マッチングが課題として挙げられる。そのため、より低抵抗な透明電極部材としてスパッタによるInZnO極薄膜の作製に着手し、中間電極としてのポテンシャルの実証を進めている。

Strategy for Future Research Activity

PEDOT:PSS/SnO2接合技術低抵抗な透明電極としてスパッタによるInZnO極薄膜の作製に着手し、中間電極としてのポテンシャルの実証を進め、Si/PEDOT:PSSとFACsPbI3系ペロブスカイト素子およびFACsPbI3/FACsPbIBr系素子のタンデム構造素子での高電圧化に対してInZnO系薄膜の作製条件を最適化させ、中間電極としてモノリシック3接合素子の作製と評価を進める。

Causes of Carryover

別途予算により消耗品費の購入が可能であったこと及びzoomでの学会参加により参加費のみの支払いで旅費の使途が必要なかったため。次年度はスパッタ成膜で必要とする消耗品、具体的にはIZOターゲットの購入に使用させていただく予定である。

  • Research Products

    (10 results)

All 2021 2020

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Synthesis of AlOx thin films by atmospheric-pressure mist chemical vapor deposition for surface passivation and electrical insulator layers2021

    • Author(s)
      Rajib Arifuzzaman、Enamul Karim Md、Kurosu Shunji、Ukai Tomofumi、Tokuda Masahide、Fujii Yasuhiko、Hanajiri Tatsuro、Ishikawa Ryo、Ueno Keiji、Shirai Hajime
    • Journal Title

      Journal of Vacuum Science and Technology A

      Volume: 38 Pages: 033413~033413

    • DOI

      10.1116/1.5143273

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] AlOx Thin Films Synthesized by Mist Chemical Vapor Deposition, Monitored by a Fast-Scanning Mobility Particle Analyzer, and Applied as a Gate Insulating Layer in the Field-Effect Transistors2021

    • Author(s)
      Rajib Arifuzzaman、Kuddus Abdul、Shida Tomohiro、Ueno Keiji、Shirai Hajime
    • Journal Title

      ACS Applied Electronic Materials

      Volume: 3 Pages: 658~667

    • DOI

      10.1021/acsaelm.0c00758

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of CdS and In3Se4 BSF layers on the photovoltaic performance of PEDOT:PSS/n-Si solar cells: Simulation based on experimental data2021

    • Author(s)
      Mondal Bipanko Kumar、Mostaque Shaikh Khaled、Rashid Md. Abdur、Kuddus Abdul、Shirai Hajime、Hossain Jaker
    • Journal Title

      Superlattices and Microstructures

      Volume: 152 Pages: 106853~106853

    • DOI

      10.1016/j.spmi.2021.106853

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of thermally annealed atomic-layer-deposited AlOx/chemical tunnel oxide stack layer at the PEDOT:PSS/n-type Si interface to improve its junction quality2020

    • Author(s)
      Karim Md Enamul、Nasuno Yuki、Kuddus Abdul、Ukai Tomofumi、Kurosu Shunji、Tokuda Masahide、Fujii Yasuhiko、Hanajiri Tatsuro、Ishikawa Ryo、Ueno Keiji、Shirai Hajime
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 128 Pages: 045305~045305

    • DOI

      10.1063/5.0007918

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Al1-xTixOy Thin Films Synthesized by Mist-CVD and Applied as a Gate Insulating Layer2021

    • Author(s)
      A. Rajib, A. Kuddus, T. Shida, K. Yokoyama, K. Ueno, and H. Shirai
    • Organizer
      The 68th JSAP Spring Meeting
  • [Presentation] The role of water in the synthesis of AlOx thin films by a mist chemical vapor deposition2021

    • Author(s)
      A. Rajib, A. Kuddus, K. Enamul, S. Kurosu, T. Ukai, M. Tokuda, Y. Fujii, T. Hanajiri, R. Ishikawa, K. Ueno, and H. Shirai
    • Organizer
      The 67th JSAP Spring Meeting
  • [Presentation] ペロブスカイト n-Si/PEDOT:PSS タンデム型太陽電池に向けた SnO2ナノ粒子溶液の合成と評価2021

    • Author(s)
      Y. Nasuno,R. Ishikawa, and H. Shirai
    • Organizer
      The 68th JSAP Spring Meeting
  • [Presentation] Mist-CVD of AlOx thin films monitored by fast scanning mobility particle analyzer and its application to FETs2020

    • Author(s)
      A. Rajib, A. Kuddus, T. Shida, K. Ueno, and H. Shirai
    • Organizer
      The 30th Materials Research Meeting
  • [Presentation] Synthesis of AlOx thin films by mist-CVD and its application to dielectric layer for MOS-FET2020

    • Author(s)
      A. Rajib, T. Shida, A. Kuddus, K. Ueno, and H. Shirai
    • Organizer
      The 51st The Society of Chemical Engineers SCEJ Autumn Meeting
  • [Presentation] Effect of the tunnel oxide/AlOx stacked hole-selective contacts on the junction properties at PEDOT:PSS/n-type Si interface2020

    • Author(s)
      Md E. Karim, A. Rajib, Y. Nasuno, T. Ukai, S. Kurosu, M. Tokuda, Y. Fujii, T. Hanajiri, R. Ishikawa, K. Ueno, H. Shirai
    • Organizer
      The 67th JSAP Spring Meeting

URL: 

Published: 2021-12-27  

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