| 研究課題/領域番号 |
20H02848
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
飯久保 智 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (40414594)
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| 研究分担者 |
石丸 学 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (00264086)
樹神 克明 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (10313115)
松下 正史 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (90432799)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
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| キーワード | 有機無機ペロブスカイト / 高圧 / 巨大歪み加工 / 原子対相関関数 / X線吸収微細構造 / 中性子線 / 透過型電子顕微鏡 / XAFS / TEM / 中性子回折 / 第一原理計算 / 局所構造解析 / 量子ビーム / 太陽電池 / 欠陥 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ペロブスカイト(以下PVKと略)太陽電池はPb-PVKの発見により脚光を浴びているが、鉛フリーの観点からSn-PVKの開発が盛んに行われている。Pb-PVKでは20%を超えるPVK太陽電池が実現している一方で、これまでの報告ではSn-PVKの効率は10%程度と低く、結晶中に存在する欠陥が高効率化のための足かせとなっていた。我々は結晶中の欠陥、それに伴う局所歪みの詳細 を様々な量子ビームを用いた局所構造解析により明らかにすることができる。本提案ではこの実験手法を核としてSn-PVKの高効率化へ貢献する。さらには欠陥の効果を抑える添加元素を提案し、それを実証することを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
格子欠陥の直接観測が困難な原因の一つとして、格子欠陥濃度が低いことが挙げられる。そこで反対に、積極的に格子欠陥を導入して観測が容易な試料の作成方法も検討する価値が十分にあるとの考えに至った。近年ペロブスカイトの構造・物性を制御する手段として、圧力とひずみの導入が提案されている。これにより通常の合成などで実現し難いような構造や物性の創出に繋がりうると考えられている。本研究ではCsPbBr3に対し高圧ねじり(HPT: High Pressure Torsion)加工を施し、それに伴う構造や物性の変化をバンドギャップの評価によって検討した。CsPbBr3のHPT加工は、圧力P = 2, 6 GPa、温度は室温、回転数N = 1, 10、回転速度ω= 1 rpmとし、加工後の試料について紫外可視分光法を用いてバンドギャップを測定した。また第一原理計算によりバンドギャップを求めた。ひずみを加えた構造の作成は、ペロブスカイト構造のc軸に直交する方向にひずみ量ε = 0.1, 0.3, 0.5のせん断ベクトルを導入した。なお交換相関汎関数にはGGAを使用し、構造緩和により得られた構造についてのバンド計算を行った。
実験と計算から得られたバンドギャップの値を比較した。実験ではほとんどバンドギャップの変化が見られないのに対し、計算では 圧力とともにバンドギャップが小さくなる傾向が観測された。圧力変化により10-1 eVオーダーのひずみ量の変化により10-2 eVオーダーのバンドギャップ変化が現れている。実験ではほとんど変化が見られない理由は、格子変形が元に戻ってしまうことが考えられる。加工後に圧力とひずみを保持することができれば、CsPbBr3のバンドギャップを制御できると考えられる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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