2017 Fiscal Year Annual Research Report
Material conversion of organo metal perovskites by hybridization of meso-stuctures
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26289265
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| Research Institution | Toin University of Yokohama |
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Principal Investigator |
宮坂 力 桐蔭横浜大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授(移行) (00350687)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 有機無機ハイブリッド / ペロブスカイト / ハライドペロブスカイト / 光電変換 / 光物性 / ビスマス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は鉛をビスマス(Bi)に置換したペロブスイカイト結晶を作製して、とくにメチルアンモニウムBiヨウ化物(CH3NH3)3Bi2I9のスピンコート法による薄膜形成を検討し、光物性と光電変換特性を評価した。本年度はこの有機無機ハイブリッド材料との比較として、有機基を構造中に含まない非ペロブスカイト型Bi化合物としてBiI3の薄膜を溶液法によって作製しその光物性を評価した。有機基を含まない構造は高温安定性に優れる点で優位である。BiI3の製膜には研究室で開発した溶媒蒸気を使うVapor Anneal法(論文出版済み)を採用した。150℃においてVapor Anneal法で結晶薄膜化をすることがピンホールの少ない膜を作るために最適であることを見出し、製膜したBiI3膜の電子物性と光物性を蛍光寿命の計測等によって調べ、光電変換にとって好ましい厚みを決定した。バンドギャップが1.8eV 近くにあってPbI3系ペロブスカイトより短波長の吸収のために集光が弱く、また電荷再結合の損失が大きいことから、PbI3を用いる光電変換素子（正孔輸送材料にspiroOMeTADを使用）は変換効率が１％未満となった。しかし、耐熱性が高く、また湿気に対しても安定であり、湿度50%の大気中に曝して、未封止の素子は30日以上安定であり、安定性の点で有機Bi系の(CH3NH3)3Bi2I9より優れると考えられる。本年度はこのBi系新材料の設計をさらに進め、DFTならびに第一原理計算から金属２種以上からなるペロブスカイト材料を探索し、オール無機構造のCs2BiAgBr6の組成のダブルペロブスカイト結晶を溶液法によって合成した。この材料の電子構造とバンド構造を解析し光物性の基礎データを取ることができた。これらの材料の光物性はそれぞれについて、審査付き論文に発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
鉛をBiに置き換えたペロブスカイト材料と非ペロブスカイト材料を合成して光物性を調べる計画の中で、有機無機複合ペロブスカイト型構造(CH3NH3)3Bi2I9に対して有機基を含まない非ペロブスカイト系BiI3 の均一な結晶薄膜を溶液塗布法によって製膜することを試み、ピンホールの無い平坦膜の形成が難しい中で溶媒蒸気アニール法を使って結晶薄膜の質を高めることに成功した。これによって有機無機複合系と無機系の2種のBi化合物の結晶薄膜について、材料のもつ光物性と光電変換特性を比較評価することができた。またこれら鉛代替えのBi系の材料が従来の有機鉛系ペロブスカイトに比べて、耐熱性と耐湿性の点でかなり優れることを耐久性試験によって明らかにした。さらにこの研究を発展させて、金属2種（Bi、Ag）からなる無機系のダブルペロブスカイト結晶を合成してその光物性を詳細に調べることに成功した。これらのBi系材料の光物性と光電変換特性はすべて論文に出版し、また多くの国際学会で発表して学会の賞も受賞した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．新材料の合成に向けてBiに代えてSbからなる構造と第二金属にAgなど一価金属を含むダブルペロブスカイト系結晶としてA2BB′X6 (B = Sb, Bi; B′= Cu, Ag, Au; X = Cl, Br, I)を合成する。ここでAはカリウム（K）やセシウム（Cs）などの一価カチオンであり結晶の製膜性と平坦性を高める目的でも組成比を調整する。また、この組成にさらにドーパントを添加することで結晶内の格子欠陥を減らし(passivation)、光物性を高める可能性を調べる。改善の観点は物理欠陥とトラップの密度を減らした電荷拡散距離の大きい(再結合損失の少ない)結晶材料の合成であり、この効果を蛍光寿命の測定をもとに評価する。さらに、光電変換における効率を計測して素子材料として優れる材料を見出す。
２．これらの結晶材料の薄膜について、光電特性と並行して材料の安定性（耐熱性、耐光性、大気中の湿気に対する耐久性）の評価も行う。
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| Causes of Carryover |
小額の次年度使用額692円は、薬品等の購入に用いる。
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