Theoretical research for optimized composition of lanthanide doped perovskite solar cells and investigation of effect of incorporation

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05261
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 36020:Energy-related chemistry
• Research Institution: The University of Shiga Prefecture
• Principal Investigator: Suzuki Atsushi 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (30281603)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ペロブスカイト太陽電池 / 電子構造 / 第一原理計算 / 分子動力学 / X線回折 / 表面形態 / 光起電力特性 / フォノン

Outline of Final Research Achievements

Perovskite solar cell have high performance of photovoltaic properties, such as open circuit voltage, and conversion efficiency rather than conventional solar cells. The perovskite crystals have lack of long-term stability. Degradation inhabitation and structural optimization are required for practical use. In this study, photovoltaic performance was predicted by the electron structure analysis of lanthanide doped perovskite crystals, and performance improvement and stabilization were achieved while suppressing degradation the photoactive layer. Influence of acoustic phonon, vibration mode in IR/Raman, thermal conductive behavior was investigated. Incorporation of phthalocyanine complex on hole-transporting layer improved surface morphology of the photoactive layer. The perovskite solar cells with high performance and long-term stability can be developed for practical use.

Free Research Field

ペロブスカイト太陽電池　第一原理計算

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

希土類元素の導入によりペロブスカイト結晶の電子構造を制御し、ペロブスカイト太陽電池の性能向上と長期安定性の改善を行うことができた。第一原理計算によるバンド構造から電子相関、電子-格子相互作用、安定性を検証し、性能予測と実験的検証による設計指針を確立し、従来のデバイスの開発方法より高性能な特性と開発期間の短縮をすることができた。さらに光活性層の表面にフタロシアニン錯体を導入することにより劣化抑制や界面の構造最適化により光起電力特性や安定性を向上することができた。ペロブスカイト太陽電池の性能や安定性が大幅に向上し、建築用、自動車用のみならず異分野市場に加速度的に普及することが期待される。