2015 Fiscal Year Research-status Report
14族系DA相互浸透接合中間バンド型自己組織量子ドット太陽電池開発と光起電力機構
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25420760
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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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2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 太陽電池材料 / ドナー・アクセプター / 相互浸透型 / 光起電力 / 量子ドット / 自己組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第三世代太陽電池の研究開発にあたり、幅広い学際的バックグラウンドを持つ研究者を結集し研究を推進した。平成27年度は、太陽電池材料の新規合成プロセス開発及び光起電力特性・量子効率などのデバイス評価に重点を置きながら、結晶構造及びナノ構造制御によりさらなる発電効率の向上も目指した。主な研究成果は以下の通りにまとめられる。
①TiO2電子輸送層／ペロブスカイト層相互浸透型構造を有する元素ドーピングCH3NH3PbI3ペロブスカイト系太陽電池の形成とバンドギャップ制御を試み、光起電力特性および微細構造を評価した。②球状シリコン太陽電池材料およびSnO2反射防止膜の構造及び物性評価を行った。
具体的には、相互浸透接合型ペロブスカイト系光電変換デバイス構造形成および量子化学材料設計により、長波長まで広範囲の光を吸収可能な太陽電池を形成した。ホール移動度及び電子移動度を向上させるキャリア輸送層の導入も検討し、ハロゲン元素位置や、14族元素であるPb原子位置に他の元素導入も試み、吸収波長の拡大などの結果を得た。またペロブスカイト結晶層やキャリア輸送層の光物性を調べ、バンドギャップを算出しキャリア輸送現象の考察を行い、今後のデバイス設計の指針とした。また第一原理計算によるナノ構造・電子状態予測、熱力学計算による合成プロセス・界面反応予測等を行いながら、太陽電池新規合成プロセスを検討し、高効率と低コストを同時に実現するための指針を探索した。
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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
相互浸透型CH3NH3PbI3微粒子分散ペロブスカイト系太陽電池、SnO2反射防止膜を有する球状シリコン太陽電池材料の光起電力特性および微細構造を評価し、今後の研究指針を得た。具体的には、ペロブスカイト系構造への元素ドーピング、ナノデバイス構造形成および量子化学材料設計により、長波長まで広範囲の光を吸収可能な太陽電池を形成し、太陽電池新規合成プロセスを検討した。ホール移動度及び電子移動度を向上させるキャリア輸送層の導入も検討し、太陽電池デバイスを形成した。研究論文も9報、学会発表等も6件とおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度には、さらに効率向上のための新規デバイスプロセスの開発を進め、より詳細な原子構造・電子構造の実験的・理論的解明を行う。特に相互浸透型CH3NH3PbI3ペロブスカイト系太陽電池において異元素ドーピングや微細構造形成により光電変換効率が向上することを新たに見出したので、より詳細な原子構造・電子構造の実験的・理論的解明およびデバイス形成追加実験を実施する。またペロブスカイト系太陽電池への量子ドット導入の試みを行い中間バンド構造を制御し、新たな材料設計指針を構築していく。
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| Causes of Carryover |
相互浸透型CH3NH3PbI3ペロブスカイト系太陽電池において異元素ドーピングや微細構造形成により光電変換効率が向上することを新たに見出し、より詳細な原子構造・電子構造の実験的・理論的解明およびデバイス形成追加実験を実施する必要が生じたためである。またそれらの結果をまとめて、学会参加や論文投稿なども行わせていただく予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
相互浸透型CH3NH3PbI3ペロブスカイト系太陽電池等に関する追加実験における半導体試薬等の原材料費、導電性基板、真空装置消耗部品、原子構造・電子構造の理論計算用ソフトウェア等の購入に使用させていただく予定である。また研究成果発表のための学会参加費用や論文投稿料などにも使用させていただく予定である。
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