Fundamental Chemical Research for Efficirnt Lead Free Perovskite Solar Cells
Project/Area Number |
21H04699
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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Research Institution | Kyoto University |
Principal Investigator |
若宮 淳志 京都大学, 化学研究所, 教授 (60362224)
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Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥42,510,000 (Direct Cost: ¥32,700,000、Indirect Cost: ¥9,810,000)
Fiscal Year 2023: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000)
Fiscal Year 2021: ¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
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Keywords | ペロブスカイト半導体 / 有機半導体 / ペロブスカイト太陽電池 / 鉛フリー / 電荷輸送生材料 / Sn系ペロブスカイト半導体 / 太陽電池 / 界面パッシベーション / スズペロブスカイト / 鉛フリー化 / 界面 / 結晶成長制御 / 薄膜 / パッシベーション / 電荷回収層材料 / Sn / 有機π電子系材料 / 界面化学 |
Outline of Research at the Start |
本研究では、これまでに開発してきた Sn ペロブスカイト半導体材料の高純度化技術をもとに、材料化学、界面化学の観点から、1)薄膜の結晶成長速度制御による欠陥構造の抑制技術、2)ペロブスカイト層の表面パッシベーション技術、3)電荷回収層との界面での電子・構造制御技術の開発に取り組み、Snペロブスカイト太陽電池の飛躍的高性能化を実現するために必要な基礎化学研究を追求する。
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Outline of Annual Research Achievements |
Sn系ペロブスカイト太陽電池の高性能化を目指して、ペロブスカイト層の界面のパッシベーション技術開発に取り組んだ。 Sn-Pb混合系ペロブスカイト層に対して、各電荷の回収効率の向上を志向してダイポールを発現するよう電子回収層側にはEDAI2、正孔回収層側にはGlyを選択的に構造修飾する手法を見出した。これにより、Snを含むペロブスカイト太陽電池として世界最高効率となる23.6%の光電変換効率を得ることに成功した。 EDAI2を用いた表面処理技術はPb系およびSnペロブスカイト太陽電池にも適用でき、本手法がp-i-n構造をもつペロブスカイト太陽電池の高電圧化に高い一般性をもつことを示した。また、電子回収層側の表面処理技術として、ジアミンとフラーレンのカルボン酸誘導体を組み合わせた手法を開発し、その構造形成メカニズムの詳細を明らかにした。 Sn系ペロブスカイト半導体の組成として、XサイトにBrを加えた際の光物性および太陽電池特性の効果について、系統的に調査した。さらに、Snペロブスカイト層の電子回収層材料として用いるICBAの塗布溶媒の種類と加熱条件を制御することにより、ICBA膜の電子状態(DOS)を制御することに成功し、Snペロブスカイト太陽電池において、1.0Vの開放電圧が得られることを見出した。 p-i-n型構造のペロブスカイトに用いられる独自の正孔回収単分子材料として、PATATを開発し、これを用いることで高い光電変換効率と耐久性が得られることを見出した。また、これまでの成果に基づいて、Sn系ペロブスカイト太陽電池の高性能化に向けたアプローチをPerspective論文としてまとめて発表した(Commun. Mater. 2022, 3, 104. 、Precis. Chem. 2023, in press. )。
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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
Sn系ペロブスカイト太陽電池の高性能化には、界面の構造制御が重要であるという仮説に基づいて、これらを解決する独自の材料開発、パッシベーション技術開発を進めることができた。その結果、Snを含むペロブスカイト太陽電池として世界最高効率を達成することができた。
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Strategy for Future Research Activity |
これまでに見出した材料および界面パッシベーション技術をさらに発展させ、Snペロブスカイトの高性能化研究を進めていく。 特に今年度は、ペロブスカイト層内部の電子構造制御および欠陥構造の抑制にも取り組み、総合的な視点から鉛フリー型ペロブスカイト太陽電池の高性能化の実現に取り組む。
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Report
(3 results)
Research Products
(96 results)
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[Journal Article] Synergistic Surface Modification of Tin?Lead Perovskite Solar Cells2023
Author(s)
Hu Shuaifeng、Zhao Pei、Nakano Kyohei、Oliver Robert D. J.、Pascual Jorge、Smith Joel A.、Yamada Takumi、Truong Minh Anh、Murdey Richard、Shioya Nobutaka、Hasegawa Takeshi、Ehara Masahiro、Johnston Michael B.、Tajima Keisuke、Kanemitsu Yoshihiko、Snaith Henry J.、Wakamiya Atsushi
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Journal Title
Advanced Materials
Volume: 35
Issue: 9
Pages: 2208320-2208320
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A Universal Surface Treatment for p-i-n Perovskite Solar Cells2022
Author(s)
Hu Shuaifeng、Pascual Jorge、Liu Wentao、Funasaki Tsukasa、Truong Minh Anh、Hira Shota、Hashimoto Ruito、Morishita Taro、Nakano Kyohei、Tajima Keisuke、Murdey Richard、Nakamura Tomoya、Wakamiya Atsushi
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Journal Title
ACS Applied Materials & Interfaces
Volume: 14
Issue: 50
Pages: 56290-56297
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Challenges and strategies toward long-term stability of lead-free tin-based perovskite solar cells2022
Author(s)
Ece Aktas, Nagalingam Rajamanickam, Jorge Pascual, Shuaifeng Hu, Mahmoud H. Aldamasy, Diego Di Girolamo, Wenhui Li, Giuseppe Nasti, Eugenia Martinez-Ferrero, Atsushi Wakamiya, Emilio Palomares, Antonio Abate
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Journal Title
Commun. Mater.
Volume: 3
Issue: 1
Pages: 104-104
DOI
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[Presentation] Systematic Investigations on Properties of Bromide-Containing Tin Perovskites2022
Author(s)
Tomoya Nakamura, Kento Otsuka, Shuaifeng Hu, Ruito Hashimoto, Tarou Morishita, Taketo Handa, Takumi Yamada, Minh Anh Truong, Richard Murdey, Yoshihiko Kanemitsu, Atsushi Wakamiya
Organizer
Global Photovoltaic Conference 2022 (GPVC 2022)
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[Presentation] Development of Multipodal Hole-Collecting Monolayer Materials for EfficientPerovskite Solar Cell2022
Author(s)
Minh Anh Truong, Tsukasa Funasaki, Lucas Ueberricke, Wataru Nojo, Richard Murdey, Takumi Yamada, Shuaifeng Hu, Tomoya Nakamura, Nobutaka Shioya, Takeshi Hasegawa, Yoshihiko Kanemitsu, Takanori Suzuki, Atsushi Wakamiya
Organizer
第71回高分子討論会(The 71st Annual Meeting of the Society of Polymer Science)
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Invited
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[Presentation] Understanding the Surface Characteristics of Tin-lead Perovskites2022
Author(s)
Shuaifeng Hu, Pei Zhao, Kyohei Nakano, Robert D. J. Oliver, Jorge Pascual, Joel A. Smith, Takumi Yamada, Minh Anh Truong, Richard Murdey, Nobutaka Shioya, Takeshi Hasegawa, Masahiro Ehara, Michael B. Johnston, Keisuke Tajima, Yoshihiko Kanemitsu, Henry J. Snaith,* and Atsushi Wakamiya*
Organizer
第32回基礎有機化学討論会
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[Presentation] Interfacial Modifications for Efficient Tin-lead Perovskite Solar Cells2022
Author(s)
Shuaifeng Hu, Pei Zhao, Kyohei Nakano, Jorge Pascual, Minh Anh Truong, Richard Murdey, Nobutaka Shioya, Takeshi Hasegawa, Masahiro Ehara, Keisuke Tajima, Yoshihiko Kanemitsu, Atsushi Wakamiya
Organizer
33rd International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-33)
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[Presentation] Composition-property mapping in bromide-containing tin perovskite using high purity starting materials2022
Author(s)
Tomoya Nakamura, Kento Otsuka, Shuaifeng Hu, Ruito Hashimoto, Tarou Morishita, Taketo Handa, Takumi Yamada, Minh Anh Truong, Richard Murdey, Yoshihiko Kanemitsu, Atsushi Wakamiya
Organizer
33rd International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-33)
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[Presentation] Interface Modification Strategies Using Surfactants for 23.6% Efficient Tin Lead Perovskite Solar Cells2021
Author(s)
Shuaifeng Hu, Kento Otsuka, Richard Murdey, Tomoya Nakamura, Minh Anh Truong, Takumi Yamada, Taketo Handa, Kazuhiro Matsuda, Kyohei Nakano, Atsushi Sato, Kazuhiro Marumoto, Keisuke Tajima, Yoshihiko Kanemitsu, Atsushi Wakamiya
Organizer
第18回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
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[Presentation] 23.6%-高効率スズ-鉛混合型ペロブスカイト太陽電池:アンモニウム基をもつ表面添加剤の効果 23.6%-Efficient Mixed Tin Lead Perovskite Solar Cells: Effects of Ammonium-Headed Surfactant2021
Author(s)
Shuaifeng Hu, Kento Otsuka, Richard Murdey, Tomoya Nakamura, Minh Anh Truong, Takumi Yamada, Taketo Handa, Kazuhiro Matsuda, Kyohei Nakano, Atsushi Sato, Kazuhiro Marumoto, Keisuke Tajima, Yoshihiko Kanemitsu, Atsushi Wakamiya
Organizer
第48回有機典型元素化学討論会
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