2022 Fiscal Year Research-status Report
Enhanced power conversion efficiency of perovskite solar cells with densification of crystal layer interface using vapor deposition method
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21K04970
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| Research Institution | Gifu National College of Technology |
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Principal Investigator |
飯田 民夫 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (70377703)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ペロブスカイト太陽電池 / 製膜速度変化 / 結晶子サイズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和５年度においては、ペロブスカイト太陽電池の発電層に使用するCH3NH3PbI3膜の結晶子サイズ制御法の確立を目的に研究を行った。制御手法は、前年度に気相法にてCH3NH3PbI3膜の前駆体であるPbI2薄膜の製膜速度を変化させることで、結晶子サイズの変化が可能であることを見出しており、その相関性の詳細を確認した。
気相法によってPbI2の製膜速度を0.025nm/sから0.4nm/sまで変化させたときのPbI2 膜の結晶子サイズは80 nmと全て同程度であった。しかしながら、PbI2製膜速度が速くなると、よう化メチルアンモニウム(CH3NH3I)と反応させた際にCH3NH3PbI3膜の結晶子サイズは大きくなり、C3NH3PbI3膜の結晶子サイズを90nmから125nmへコントロールすることに成功した。また、結晶子サイズの増加と共にPhoto (光を当てた状態)とDark (光を当てていない状態)の電気伝導度差は大きくなった。これは光応答デバイスに用いる際の半導体材料として有用となっていることを示している。さらに結晶子サイズを制御したCH3NH3PbI3膜を発電層に用いたペロブスカイト太陽電池を作製した。太陽電池はFTO基板上にホール輸送層としてPEDOT:PSSを液相法により製膜し、その上にCH3NH3PbI3膜、C60（電子輸送層）、BCP、Ag(電極)を順に堆積した逆平面型で構成した。この結果、CH3NH3PbI3膜の結晶子サイズを増加させることで、変換効率の向上が確認できた。
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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
予定をしていたペロブスカイト膜の下地となるHot-Wire CVD法を用いたTiO2膜の作製には取りかかれていないが、現在までの研究でTiO2に代わる電子輸送層材料としてC60を用いて太陽電池デバイスが作製でき、変換効率の向上が確認できている。本研究の目的である結晶層界面の緻密化は、逆構造ペロブスカイトの場合、ホール輸送層とペロブスカイト層の間に適用することとなる。したがって、現在ホール輸送層は液相法で製膜しているので、次年度は気相法を用いた作製手法に切り換えて、結晶界面の制御を行う予定である。研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの調査で、気相法で作製するホール輸送層材料として蒸着法で作製できるCuPc膜かスパッタ法で作製できるNiO膜を使用することを検討している。これらの製膜手法と結晶子サイズの制御法を模索し、その上に製膜するCH3NH3PbI3 膜の結晶子サイズとの整合を試みる。粒径差は10%以内を目指す。整合性を高めた状態で太陽電池デバイスを作製し、変換効率への影響を確認していく。また合わせて極低温下でのペロブスカイト太陽電池の分光感度測定も行っていく予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度に論文発表および国際学会にて発表予定であるため、その分の旅費を考慮している。
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