2023 Fiscal Year Annual Research 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 / 太陽電池 / 光電変換素子 / マルチギャップ / 微細構造 / 組成傾斜 / 高耐久性 / 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190℃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。
2021年度は、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を目指した。2022年度は、光電変換素子の新規合成プロセス開発、光起電力特性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、界面微細ナノ構造制御によるさらなる発電効率の向上及び安定化も目指した。
2023年度はAサイトである陽イオン位置にHC(NH2)2、C(NH2)3、Cs、Cuなどを導入し、第一原理計算により結晶構造安定性やエネルギーバンドギャップ等の電子状態を予測し、全エネルギーの低下が確認できた。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とデカフェニルシクロペンタシラン（DPPS）正孔輸送層を用いた高温熱処理多段階再溶融積層によりマルチバンドギャップ制御を試み、α相安定化した組成傾斜ペロブスカイト薄膜の形成が可能となった。またDPPS導入により形成したデバイス形成の光電変換効率が、時間経過とともに向上する高い安定性を示す現象を見出した。以上より、ペロブスカイト前駆体溶液制御および、ポリシラン導入多段階再溶融積層高温熱処理法を統合することで、大気中で安定なペロブスカイト結晶Aサイト組成傾斜光電変換素子を形成する材料設計指針を提示した。
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