2023 Fiscal Year Annual Research Report
Fundamental Chemical Research for Efficirnt Lead Free Perovskite Solar Cells
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21H04699
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
若宮 淳志 京都大学, 化学研究所, 教授 (60362224)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | Sn系ペロブスカイト / 太陽電池 / 電子回収層材料 / 電子準位 / パッシベーション / 開放電圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Sn系ペロブスカイト太陽電池は電荷回収層材料とのエネルギー準位の差により、開放電圧が低下していると考えられている。実際、Sn系ペロブスカイト半導体はPb系よりも浅いエネルギー準位をもち、電子回収層材料として、C60を用いた場合に比べて、より浅いLUMO準位をもつPCBAやICBAなどのフラーレン誘導体を用いた場合の方が高い開放電圧が得られることが知られている。ICBAの成膜条件の違いによりその層自体の品質や電子準位の状態密度（density of state）が変わることを見出した。これにより、Sn系ペロブスカイト太陽電池でも1.0 Vを超える開放電圧が得られることを実証した。
また、新たにLUMO準位の浅い電子回収層材料を開発し、これを用いたSn系ペロブスカイト太陽電池を作製することで、顕著に開放電圧と短絡電流密度を向上することにも成功した。
さらに、Sn系ペロブスカイト層の上部に様々な金属ハライドを薄く蒸着するといった表面パッシベーション技術により、開放電圧と光電変換特性も向上できることを見出している。
上述の成果の他、実用化を見据えた大面積塗工法の開発にも取り組み、添加剤として、Snイオン等への配位特性を精密に制御することで、従来のような貧溶媒を用いない方法でSn系ペロブスカイトのモジュールまで作製することに成功した。
Sn-Pb混合系の場合では、電荷の取り出しに有利な双極子をもつように表面を有機分子で構造修飾することで開放電圧が理論限界近くまで向上できることを見出し、Snを用いたデバイスでも世界最高効率となる24%を超える光電変換効率が得られることを示した。
以上、本研究により、Sn系ペロブスカイト太陽電池の高性能化に向けて、材料の設計指針を含めて鍵となる各要素を明らかにすることができた。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Multicomponent Approach for Stable Methylammonium-Free Tin-Lead Perovskite Solar Cells2024
Author(s)
Silver-Hamill Turren-Cruz, Jorge Pascual, Shuaifeng Hu, Jesus Sanchez-Diaz, Sergio Galve-Lahoz, Wentao Liu, Wolfram Hempel, Vladimir S. Chirvony, Juan P. Martinez-Pastor, Pablo P. Boix, Atsushi Wakamiya, Ivan Mora-Sero
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Journal Title
ACS Energy Lett.
Volume: 9
Pages: 432-441
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] An open-cage bis[60]fulleroid as an electron transport material for tin halide perovskite solar cells2024
Author(s)
Wentao Liu, Guanglin Huang, Chien-Yu Chen, Tiancheng Tan, Fuyuki Harata, Shuaifeng Hu, Tomoya Nakamura, Minh Anh Truong, Richard Murdey, Yoshifumi Hashikawa, Yasujiro Murata, Atsushi Wakamiya
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Journal Title
Chem. Commun.
Volume: 60
Pages: 2172-2175
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Synergistic Surface Modification of Tin-Lead Perovskite Solar Cells2023
Author(s)
Shuaifeng Hu, Pei Zhao, Kyohei Nakano, Robert D. J. Oliver, Jorge Pascual, Joel A. Smith, Takumi Yamada, Minh Anh Truong, Richard Murdey, Nobutaka Shioya, Takeshi Hasegawa, Masahiro Ehara, Michael B. Johnston, Keisuke Tajima, Yoshihiko Kanemitsu, Henry J. Snaith, Atsushi Wakamiya
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Journal Title
Adv. Mater.
Volume: 35
Pages: 2208320
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Tripodal Triazatruxene Derivative as a Face-On Oriented Hole-Collecting Monolayer for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells2023
Author(s)
Minh Anh Truong, Tsukasa Funasaki, Lucas Ueberricke, Wataru Nojo, Hiroyuki Yoshida, Yuichi Shimakawa, Takeshi Hasegawa, Yoshihiko Kanemitsu, Takanori Suzuki, Atsushi Wakamiya, et al.
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 145
Pages: 7528-7539
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Bilayer Indium Tin Oxide Electrodes for Deformation-Free Ultrathin Flexible Perovskite Solar Cells2023
Author(s)
Noboru Ohashi, Ryuji Kaneko, Chikako Sakai, Yoko Wasai, Seiji Higuchi, Kenji Yazawa, Hirokazu Tahara, Taketo Handa, Tomoya Nakamura, Richard Murdey, Yoshihiko Kanemitsu, Atsushi Wakamiya
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Journal Title
Sol. RRL
Volume: 7
Pages: 2300221
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] In Situ Thermal Cross-Linking of 9,9′-Spirobifluorene-Based Hole-Transporting Layer for Perovskite Solar Cells2023
Author(s)
Sarune Daskeviciute-Geguziene†, Minh Anh Truong†, Kasparas Rakstys, Maryte Daskeviciene, Ruito Hashimoto, Richard Murdey, Takumi Yamada, Yoshihiko Kanemitsu, Vygintas Jankauskas, Atsushi Wakamiya*, and Vytautas Getautis
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Journal Title
ACS Appl. Mater. Interfaces
Volume: 16
Pages: 1206-1216
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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