High-efficient planar perovskite solar cells using all vapor phase process

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K05408
• Research Institution: Ishikawa National College of Technology
• Principal Investigator: 瀬戸 悟 石川工業高等専門学校, 電気工学科, 客員研究員 (50216545)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 悟 石川工業高等専門学校, 電気工学科, 教授 (40249777) ; 鈴木 和彦 北海道科学大学, 工学部, 教授 (30226500) ; 荒木 秀明 長岡工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40342480)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ペロブスカイト太陽電池 / 気相法 / パッシベーション / 光過渡電流測定

Outline of Annual Research Achievements

最終年度は気相法で作成したペロブスカイト太陽電池のキャリアの輸送特性の評価方法を確立し、更なる高効率化を阻害する要因を分析できる評価法として整備することを目的とした。我々が用いた評価方法は光過渡電流（Transient photocurrent: TPC）測定で、太陽電池と同じp-i-nのデバイス構造とし、ペロブスカイト層の厚くした試料を作成してペロブスカイト層内でのキャリアの輸送特性を評価した。測定試料は、次のように作製した。①FTO基板に銅フタロシアニン（CuPc）を真空蒸着、②PbI2を真空蒸着し、その後ヨウ化メチルアンモニウム蒸気下で熱処理してペロブスカイト層を作製、③C60とBCPを連続して真空蒸着、④銀電極を真空蒸着し、太陽電池セルを完成した。特にTPCで評価するために②のプロセスでPbI2を厚く成膜し、ペロブスカイト層を500~3000nmの厚みで作製した。またTPC測定は励起光源として波長355nmの半導体励起の固体レーザーを用い、電流の時間変化をデジタルオシロスコープで検出した。測定中のバイアス電圧は極性および電圧値を変化させて電流波形の変化を観察した。
測定の結果、逆構造ペロブスカイト太陽電池の過渡光電流のバイアス電圧依存性を測定が観測できた。すなわち、①過渡光電流の強度はバイアス電圧を強くすると強くなる。②バイアス電圧の向きで過渡光電流の符号が逆転する。これらの結果は正孔と電子が分離されて観測できたことを示している。またバイアス依存性から電子および正孔の移動度も評価することができた。なお、研究代表者は2023年10月から国立高等専門学校機構に職場を移動し、2024年度から海外赴任するために準備のたために論文は今後投稿する予定である。