2021 Fiscal Year Research-status Report
Construction of design rules of stable, multi-gap perovskite photovoltaic devices
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21K04809
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
奥 健夫 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (30221849)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ペロブスカイト / 光電変換素子 / マルチギャップ / 太陽電池 / 微細構造 / 高耐久性 / 組成傾斜 / 設計原理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高耐久性・組成傾斜型マルチギャップペロブスカイト光電変換素子設計原理の構築にあたり、幅広い学際的バックグラウンドを持つ研究者を結集した。目的として、①結晶構造・微細組織を制御した組成傾斜構造の自己組織形成プロセスの構築、②ポリシランホール輸送層導入および200℃高温処理による高耐久性デバイス形成、にフォーカスして研究を推進した。令和3年度は特に、太陽電池材料の新規合成プロセス開発、光起電力特性・量子効率などのデバイス評価及びペロブスカイト結晶の第一原理計算解析に重点をおきながら、結晶構造及びナノ構造制御によるさらなる発電効率の向上も目指した。主な研究成果は以下の通りにまとめられる。
①CH3CH2NH3、Naなどを導入し、Pb原子位置にはCuなど遷移金属元素を導入し、さらに I 原子位置にBr、Clのハロゲン元素を導入し、全電子第一原理計算より構造安定性やバンドギャップ等の電子状態を予測した。実際にこれらの元素を導入したペロブスカイト前駆体溶液濃度制御と多段階再溶融解積層により、微細構造制御可能な条件を見出した。Cu、Na、EA、Brを添加したデバイスでは光電変換特性の耐久性を向上することが可能となった。
②CH3NH3PbI3-xClxペロブスカイト結晶にC(NH2)3添加及びDPPSポリシラン層を導入したペロブスカイト系太陽電池を作製し、GA置換による光電変換特性・結晶性への影響を評価した。また、第一原理計算によりGA置換したペロブスカイト結晶の電子構造を解析し、実際に光電変換素子を作製しGA添加の有効性を実証した。またデカフェニルシクロペンタシラン（DPPS）を正孔輸送層として高温熱処理によりデバイス形成し、優れた耐久性を得ることができた。
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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
CH3NH3PbI3-xClxペロブスカイト結晶のAサイト、Bサイトを、C(NH2)3、CH3CH2NH3、Na及びCuなどによりそれぞれ置換し、第一原理計算より構造安定性やバンド構造等の電子状態を予測し、実際に実験で置換による光電変換特性・結晶性への影響を検証した。さらにポリシランDPPS層を導入したペロブスカイト太陽電池を作製し、優れた光電変換特性と耐久性を示す結果を得た。これらの研究成果は、英文研究論文4報、学会発表等19件として公表され、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度には、さらに耐久性向上可能な新規ペロブスカイト構造とデバイスプロセスの開発を進め、より詳細な原子構造・電子構造の実験的・理論的解明を行う。特にCs・Rb系ペロブスカイト系太陽電池において異元素ドーピングにより耐久性・光電変換効率の向上を目指し、第一原理計算によるバンド構造解析、光電変換素子特性評価等を実施する。またペロブスカイト結晶の微細組織制御による組成傾斜構造導入を試みバンドギャップを制御し、新たな材料設計指針を構築していく。
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| Causes of Carryover |
旅費、人件費等は、予定程度には使用しなかったため、次年度に繰り越させていただいた。
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