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塗布型多結晶薄膜太陽電池の光キャリアダイナミクスの研究:高効率タンデム化への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 16F16017
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 応用物性
研究機関京都大学

研究代表者

金光 義彦  京都大学, 化学研究所, 教授 (30185954)

研究分担者 LE PHUONG  京都大学, 化学研究所, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2016年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードExcitons / Free carriers / Photocarrier dynamics / Solar cell / Tandem cell / Polycrystalline films / Single crystal / CH3NH3PbX3 (X = I, Br) / Cu2ZnSn(S,Se)4 / Single crystals
研究実績の概要

The CH3NH3PbI3 (MAPbI3) perovskite have been utilized mostly for single-junction perovskite solar cells because of its suitable bandgap for sunlight absorption. For the tandem solar cell application, the MAPbBr3 and mixed-halide (MAPb(I1-xBrx)3 perovskites can be used as a top cell material. We studied the optical properties of MAPbBr3 and mixed-halide (MAPb(I1-xBrx)3 for the perovskites using various spectroscopic optical techniques. We clarified the photocarrier recombination dynamics in I-rich mixed-halide MAPb(I1-xBrx)3 (x = 0 - 0.35) perovskite thin films using nanosecond time-resolved PL and picosecond transient absorption (TA) spectroscopy. Based on the time-resolved PL data, we found that increasing the Br content leads to a slight enhancement in the single-carrier trapping rate, which we attributed to be an increase in the alloy disorder in the Br-containing thin films. Moreover, by performing a global fitting of the TA decay dynamics obtained under various excitation fluences, we were also able to determine the Br-composition dependence of the two-carrier radiative and three-carrier Auger recombination rates. The significant increases in the nonlinear recombination rates with higher Br compositions, up to one order of magnitude, appeared. This is connected to the enhancement in Coulomb interactions between electrons and holes originated from changes in the electronic structure, including the dielectric constant and the effective mass upon the Br incorporation. We also determined the exciton binding energy of MAPbBr3 single crystals.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Washington(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Nonlinear photocarrier recombination dynamics in mixed-halide CH3NH3Pb(I1? x Br x )3 perovskite thin films2017

    • 著者名/発表者名
      Phuong Le Quang、Braly Ian L.、Katahara John K.、Hillhouse Hugh W.、Kanemitsu Yoshihiko
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 10 号: 10 ページ: 102401-102401

    • DOI

      10.7567/apex.10.102401

    • NAID

      210000135990

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Review - Light Emission from Thin Film Solar Cell Materials: An Emerging Infrared and Visible Light Emitter2017

    • 著者名/発表者名
      Kanemitsu Yoshihiko、Okano Makoto、Phuong Le Quang、Yamada Yasuhiro
    • 雑誌名

      ECS Journal of Solid State Science and Technology

      巻: 7 号: 1 ページ: R3102-R3110

    • DOI

      10.1149/2.0151801jss

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Free Carriers versus Excitons in CH3NH3PbI3 Perovskites Thin Films at Low Temperatures: Charge Transfer from the Orthorhombic Phase to the Tetragonal Phase2016

    • 著者名/発表者名
      1.Le Quang Phuong, Yasuhiro Yamada, Masaya Nagai, Naoki Maruyama, Atsushi Wakamiya, and Yoshihiko Kanemitsu
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 7 号: 13 ページ: 2316-2321

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.6b00781

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Impact of alkali doping on carrier transport in Cu2ZnSn(S,Se)4 thin films for solar cell applications2016

    • 著者名/発表者名
      2.Le Quang Phuong, John K. Katahara, Genki Yamashita, Masaya Nagai, Masaaki Ashida, Hugh W. Hillhouse, and Yoshihiko Kanemitsu
    • 雑誌名

      IEEE Photovoltaic Specialist Conference

      巻: なし ページ: 0027-0030

    • DOI

      10.1109/pvsc.2016.7749402

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Free Excitons and Exciton-Phonon Coupling in CH3NH3PbI3 Single Crystals Revealed by Photocurrent and Photoluminescence Measurements at Low Temperatures2016

    • 著者名/発表者名
      3.Le Quang Phuong, Yumi Nakaike, Atsushi Wakamiya, and Yoshihiko Kanemitsu
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 7 号: 23 ページ: 4905-4910

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.6b02432

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Fundamental properties of free excitons in orthorhombic-phase CH3NH3PbI3 perovskite single crystals2017

    • 著者名/発表者名
      Le Quang Phuong, Yumi Nakaike, Atsushi Wakamiya, Yoshihiko Kanemitsu
    • 学会等名
      2017年 第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Free Excitons and Exciton-Phonon Couplings in Orthorhombic-Phase CH3NH3PbI3 Single Crystals2017

    • 著者名/発表者名
      Le Quang Phuong, D. Tex, H. Tahara, Y. Nakaike, A. Wakamiya, and Y. Kanemitsu
    • 学会等名
      2017 MRS Spring meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Free Excitons and Exciton-phonon Coupling in CH3NH3PbI3 Perovskite Single Crystals at Low Temperatures2017

    • 著者名/発表者名
      Le Quang Phuong, Y. Nakaike, A. Wakamiya, and Y. Kanemitsu
    • 学会等名
      The Conference on Lasers and Electro-Optics/Europe and the European Quantum Electronics (CLEO®/Europe-EQEC 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Excitonic Properties of CH3NH3PbBr3 Single Crystals Revealed by Temperature-Dependent Photocurrent Excitation and Photoluminescence Excitation Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Le Quang Phuong, T. Tamada, T. Aharen, Y. Yamada, A. Wakamiya, and Y. Kanemitsu
    • 学会等名
      2017 MRS Fall meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exciton fine structures in CH3NH3PbBr3 single crystals studied by temperature-dependent photocurrent and photoluminescence excitation2017

    • 著者名/発表者名
      Le Quang Phuong, Takumi Yamada, Tomoko Aharen, Yasuhiro Yamada, Atsushi Wakamiya, Yoshihiko Kanemitsu
    • 学会等名
      2017年 第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Composition-dependent photocarrier dynamics in CH3NH3Pb(I1-xBrx)3 thin films2016

    • 著者名/発表者名
      Le Quang Phuong, Ian L. Braly, Hugh W. Hillhouse, Yoshihiko Kanemitsu
    • 学会等名
      2016年 第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • 年月日
      2016-09-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Exciton dynamics in perovskite CH3NH3PbI3 single crystals2016

    • 著者名/発表者名
      L. Q. Phuong, Y. Nakaike, A. Wakamiya, Y. Kanemitsu
    • 学会等名
      The 19th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids (DPC'16)
    • 発表場所
      Paris(France)
    • 年月日
      2016-07-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Impact of alkali doping on carrier transport in Cu2ZnSn(S,Se)4 thin films for solar cell applications2016

    • 著者名/発表者名
      L. Q. Phuong, J. K. Katahara, G. Yamashita, M. Nagai, M. Ashida, H. W. Hillhouce, Y. Kanemitsu
    • 学会等名
      43nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (43rd IEEE PVSC)
    • 発表場所
      Portland(USA)
    • 年月日
      2016-06-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 金光研究室ホームページ

    • URL

      http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~opt-nano/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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