Two-Dimensionally Expanded pi-Systems for High-Performance Tin Perovskite Solar Cells

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14694
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Nakamura Tomoya 京都大学, 化学研究所, 助教 (90850371)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ペロブスカイト / 太陽電池 / 電子輸送材料 / フラーレン

Outline of Final Research Achievements

Tin halide perovskite solar cells are attracting attention as environmentally-friendly solution-processed solar cells. However, the shallow conduction band energy level of tin perovskite results in a large energy gap with the LUMO level of fullerene C60, a commonly used electron transport material, resulting in a low open-circuit voltage. In this study, as electron transport materials with shallow LUMO levels that match the shallow conduction band level of tin perovskites, (1) open-cage fullerene derivatives and (2) phenylene-bridged bispyridinofullerene derivatives were developed. The tin perovskite solar cells using these materials as electron transport materials exhibited open-circuit voltages of up to 0.86 V and photoelectric conversion efficiencies of 12.3%.

Free Research Field

有機エレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

浅めのLUMO準位をもつフラーレン誘導体としては、インデン-C60二付加体（ICBA）が一般的に用いられている。しかし、二付加体は合成においてさまざまな異性体が生じ、それらを分離するのが困難であるという課題があった。本研究で開発した開口フラーレン誘導体およびビスピリジノフラーレン誘導体は、多くの異性体を生じることなく簡便に大スケールで合成可能であるという特徴をもつ。スズペロブスカイト太陽電池の実用化にもつながる成果である。