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革新的物性制御を基盤としたビスマス太陽電池の探求と学理の確立

研究課題

研究課題/領域番号 18J20108
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 エネルギー関連化学
研究機関大阪大学

研究代表者

西久保 綾佑  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード太陽電池 / 非鉛 / ビスマス / アンチモン / 非鉛材料 / 時間分解マイクロ波伝導度法 / 正孔輸送材料 / 光電変換 / 光センサ / ペロブスカイト太陽電池
研究実績の概要

本研究では、鉛ペロブスカイトの代替材料として、より低毒なビスマスやアンチモンを用いた光電変換材料について研究を行った。昨年度までに、44組成のBi・Sb系化合物薄膜を実験的に作製・評価し、その中で、独自の溶液プロセスで成膜したアンチモンカルコハライド(SbSX)を用いた太陽電池では、本材料系において特に高い2.91%の変換効率が得られた。本年度は、①各試料の基礎物性と耐久性に関する追加実験、②統計的分析による素子性能支配因子の解明、③Ag-(Bi/M)-I系光電変換材料(M = Sb, Ga, In)の評価(共同研究)等に取り組んだ。
①追加の基礎物性評価として、EDXによる各試料の元素分析や膜厚測定を行い、各試料においておおよそ期待通りの元素組成・膜厚が得られることを確認した。また、特に優れた太陽電池性能を示したSbSX太陽電池において、性能の時間経過による変化を観察し、乾燥及び高湿度中での耐久性を明らかにした。
②基礎物性と素子性能の統計的分析を行った。TRMCや吸収フォトン数と素子性能との相関を調査し、その結果、光吸収量以上に電子・正孔輸送層への電荷輸送特性の差が太陽電池性能を強く支配することを見出した。以上の結果をもとに論文を執筆し、比較的高インパクトな雑誌であるChemistry of Materialsに受理・出版されるに至った。
③これまで主にアンチモンカルコハライド材料に注目して研究を行ってきたが、Ag-(Bi/M)-I系材料の研究にも携わった。A-Bi-I系材料はこれまでにも報告があったが、SbをAg-Bi-Iに導入することで素子性能の向上(1.26% → 1.82%)に成功した点は新規性が高い。本研究も論文受理・出版に至っている。
以上が本年度の主な実績であり、主著・共著合わせて6報の論文(全て査読あり)が受理・出版されるに至った。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 3件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 4件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] スイス連邦工科大学ローザンヌ校(スイス)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] マドリード・コンプルテンセ大学/IMDEA-Nanociencia(スペイン)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] SCITEC-CNR(イタリア)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Optoelectronic and Energy Level Exploration of Bismuth and Antimony-Based Materials for Lead-Free Solar Cells2020

    • 著者名/発表者名
      R. Nishikubo, H. Kanda, I. Garc?a-Benito, A. Molina-Ontoria, G. Pozzi, A. M. Asiri, M. Khaja Nazeeruddin, A. Saeki
    • 雑誌名

      Chem. Mater.

      巻: 32 号: 15 ページ: 6416-6424

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.0c01503

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] How the Mixed Cations (Guanidium, Formamidinium, and Phenylethylamine) in Tin Iodide Perovskites Affect their Charge Carrier Dynamics and Solar Cell Characteristics2020

    • 著者名/発表者名
      E. Nakanishi, R. Nishikubo, A.Wakamiya, A. Saeki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 号: 10 ページ: 4043-4051

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c00686

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coordination of NH2- or COOH-Appended Pt-Porphyrins with CsPbBr3 Perovskite Quantum Dots to Improve a Cascade Process of Two-Photon Absorption and Triplet?Triplet Annihilation2020

    • 著者名/発表者名
      W. Gu, R. Nishikubo, A. Saeki
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 124 号: 27 ページ: 14439-14445

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c02422

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anisotropic Photoconductivity and Long-Lived Charge Carriers in Bismuth-Based One-Dimensional Perovskite with Type-IIa Band Alignment2020

    • 著者名/発表者名
      J. K. Pious, M. G. Basavarajappa, C. Muthu, N. Krishna, R. Nishikubo, A. Saeki, S. Chakraborty, V. C. Nair
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: 11 号: 16 ページ: 6757-6762

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c01772

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ag-(Bi, Sb, In, Ga)?I Solar Cells: Impacts of Elemental Composition and Additives on the Charge Carrier Dynamics and Crystal Structures2020

    • 著者名/発表者名
      F. Iyoda, R. Nishikubo, A. Wakamiya, A. Saeki
    • 雑誌名

      ACS Appl. Energy Mater.

      巻: 3 号: 9 ページ: 8224-8232

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c00628

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High Current Density Sn-Based Perovskite Solar Cells via Enhanced Electron Extraction in Nanoporous Electron Transport Layers2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyamoto, S. Kusumoto, T. Yokoyama, Y. Nishitani, T. Matsui, T. Kouzaki, R. Nishikubo, A. Saeki, Y. Kaneko
    • 雑誌名

      ACS Appl. Nano Mater.

      巻: 3 号: 11 ページ: 11650-11657

    • DOI

      10.1021/acsanm.0c02890

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparative Study of Charge Carrier Dynamics in Bismuth-based Dimer and Double Perovskites2019

    • 著者名/発表者名
      Nishikubo Ryosuke、Saeki Akinori
    • 雑誌名

      Journal of Photopolymer Science and Technology

      巻: 32 号: 5 ページ: 735-740

    • DOI

      10.2494/photopolymer.32.735

    • NAID

      130007744382

    • ISSN
      0914-9244, 1349-6336
    • 年月日
      2019-06-24
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular Orientation Change in Naphthalene Diimide Thin Films Induced by Removal of Thermally Cleavable Substituents2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Tomoya、Shioya Nobutaka、Shimoaka Takafumi、Nishikubo Ryosuke、Hasegawa Takeshi、Saeki Akinori、Murata Yasujiro、Murdey Richard、Wakamiya Atsushi
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 31 号: 5 ページ: 1729-1737

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.8b05237

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Semiconducting carbon nanotubes as crystal growth templates and grain bridges in perovskite solar cells2019

    • 著者名/発表者名
      Seo Seungju、Jeon Il、Xiang Rong、Lee Changsoo、Zhang Hao、Tanaka Takeshi、Lee Jin-Wook、Suh Donguk、Ogamoto Tatsuro、Nishikubo Ryosuke、Saeki Akinori、Chiashi Shohei、Shiomi Junichiro、Kataura Hiromichi、Lee Hyuck Mo、Yang Yang、Matsuo Yutaka、Maruyama Shigeo
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 7 号: 21 ページ: 12987-12992

    • DOI

      10.1039/c9ta02629k

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Solution-Processed Bi2S3 Photoresistor Film To Mitigate a Trade-off between Morphology and Electronic Properties2018

    • 著者名/発表者名
      Nishikubo Ryosuke、Saeki Akinori
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 9 号: 18 ページ: 5392-5399

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.8b02218

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous Dielectric Behavior of a Pb/Sn Perovskite: Effect of Trapped Charges on Complex Photoconductivity2018

    • 著者名/発表者名
      Kento Yamada, Ryosuke Nishikubo, Hikaru Oga, Yuhei Ogomi, Shuzi Hayase, Shouhei Kanno, Yutaka Imamura, Masahiko Hada, and Akinori Saeki
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 5 号: 8 ページ: 3189-3197

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.8b00422

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photon Upconversion through a Cascade Process of Two-Photon Absorption in CsPbBr3 and Triplet-Triplet Annihilation in Porphyrin/Diphenylanthracene2018

    • 著者名/発表者名
      Izakura Shogo、Gu Wenting、Nishikubo Ryosuke、Saeki Akinori
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 122 号: 26 ページ: 14425-14433

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b05508

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lead-Free Solar Cells based on Tin Halide Perovskite Films with High Coverage and Improved Aggregation2018

    • 著者名/発表者名
      Jiewei Liu, Masashi Ozaki, Shinya Yakumaru, Taketo Handa, Ryosuke Nishikubo, Yoshihiko Kanemitsu, Akinori Saeki, Yasujiro Murata, Richard Murdey, and Atsushi Wakamiya
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 57 号: 40 ページ: 13221-13225

    • DOI

      10.1002/anie.201808385

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 新規塗布法による硫化ビスマス薄膜の光伝導度向上と光応答デバイスへの展開2018

    • 著者名/発表者名
      西久保 綾佑
    • 雑誌名

      大阪大学工業会誌 TECHNO NET

      巻: 581 ページ: 13-14

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] 光吸収・伝導特性に基づくBi/Sb系材料の統計的評価2020

    • 著者名/発表者名
      西久保 綾佑
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 多様な結晶構造・組成を有するBi/Sb系太陽電池の包括的探索2020

    • 著者名/発表者名
      西久保 綾佑
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Comparative Study of Charge Carrier Dynamics in Bismuth-based Dimer and Double Perovskites2019

    • 著者名/発表者名
      西久保 綾佑
    • 学会等名
      The 36th International Conference of Photopolymer Science and Technology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機無機ハイブリッド材料における結晶構造と電気的特性に関する相関2019

    • 著者名/発表者名
      西久保 綾佑
    • 学会等名
      第14回有機デバイス・物性院生研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Ultrafast Screening of Lead-Free Perovskites and Their Optoelectronic Properties2019

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Nishikubo
    • 学会等名
      IPEROP19
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermoresponsive emission switching via LCST behavior of organic-inorganic perovskite nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Nishikubo
    • 学会等名
      Japan-Taiwan Bilateral Workshop on Nano-Science 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 非鉛ペロブスカイトに向けた取り組み~新規塗布プロセスの開発と新たな非鉛材料の探索~2018

    • 著者名/発表者名
      西久保 綾佑
    • 学会等名
      第13回有機デバイス・物性院生研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高速スクリーニング法による新規鉛フリー材料探索と光電気物性2018

    • 著者名/発表者名
      西久保 綾佑
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A solution-processed Bi2S3 photo-sensing filmwith high on-off ratio2018

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Nishikubo
    • 学会等名
      MRS Fall Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高速スクリーニング法による新規鉛フリー材料探索と光電気物性2018

    • 著者名/発表者名
      西久保 綾佑
    • 学会等名
      第3回フロンティア太陽電池セミナー
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] ORCID

    • URL

      https://orcid.org/0000-0002-0533-9180

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
  • [備考] Lab website

    • URL

      http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~saeki/cmpc/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Lab. Webpage

    • URL

      http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~saeki/cmpc/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] Webメディア『Laborify』における記事

    • URL

      https://laborify.net/2019/04/06/nishikubo-perovskite-solarcells/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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