2021 Fiscal Year Annual Research Report
大環状円盤型有機半導体を用いたSnペロブスカイト太陽電池の高性能化
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21J23253
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
橋本 塁人 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| Keywords | ペロブスカイト太陽電池 / 表面処理 / スズペロブスカイト / エチレンジアンモニウム塩 / パッシベーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属ハライド(ABX3型)ペロブスカイト太陽電池において、金属イオンとしてPbの代わりにSnを用いたSnペロブスカイト太陽電池が現在注目を集めている。本太陽電池において、発電層であるペロブスカイト半導体のバンドギャップに対して依然として開放電圧が低いといった問題があり、その改善が性能向上のためには欠かせない。当研究室では、SnとPbを1:1で用いたSn-Pb混合型ペロブスカイト太陽電池において、エチレンジアンモニウム塩（EDAI2）を用いた表面パッシベーション手法を開発している。この手法により電荷の回収効率が改善され、開放電圧が向上することを見出してきた。
申請者は本研究において、本手法をSnペロブスカイト層に適用することを考えた。先に述べた手法では、EDAI2を溶かすための溶媒としてIPAを用い、極性を下げるためにトルエンを同僚加えた混合溶媒を用いていた。しかしSnペロブスカイトはSn-Pb混合型のものよりもIPAに溶けやすく、同様の条件では膜の一部が溶解してしまうことが確認された。より極性の低い溶媒系での表面処理を実現するために、EDAの対アニオンをIからSCNに変更したEDA(SCN)2を新たに合成した。EDA(SCN)2では、IPAの比率をIPA:toluene = 1:4まで減らしても十分な溶解性が得られた。この溶液を用いてペロブスカイト膜の表面処理を行うことにより、未処理のものと比較して開放電圧が0.59 Vから0.69 Vに、光電変換効率が9.8%から11.4%に向上することがわかった。
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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
当初示していた分子の合成を行う前に、そもそもスズペロブスカイト太陽電池のペロブスカイト層の表面処理による「基本的な」性能向上が急務であると考えたため、順序を変えてデバイス作製を中心に行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
ペロブスカイト太陽電池デバイスの作製と評価を続け、光吸収・発電層であるペロブスカイト層の新規処理手法の開発に取り組む。さらに、電荷回収層材料の開発にも取り組むことで再結合の抑制を目指す。これら２つの取り組みによって太陽電池の開放電圧および光電変換効率を大幅に向上させる。
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