| 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 | 局所構造解析 / 第一原理計算 / 高圧 / ペロブスカイト太陽電池 / 有機無機ペロブスカイト / 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 / 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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| 研究成果の概要 |
局所構造解析では、MASnX3（X = Cl、Br、I）の結晶構造モデルからのずれは確認できず、欠陥構造による局所歪みは観測が困難なほど小さいことが明らかとなった。試薬のXAFS解析からSnBr2中のSnが一部4価に変化しており、合成の際にはスズの酸化を防ぐことが必要である。
欠陥形成エネルギーの計算結果から、Sn空孔と格子間Cl、Br、Iの形成エネルギーが低いという結果を得た。また格子間Cl、BrについてはSn空孔よりも形成エネルギーが低い値を示した。このことから、MASnI3においてはSn空孔が、MASnCl3およびMASnBr3においては格子間Cl、格子間Brが入りやすいことがわかった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
局所構造解析から欠陥構造の直接観測はできなかったが、逆の発想として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の検討という新しいアイデアが生まれた。圧力とひずみの導入はペロブスカイトの構造・物性を制御する手段として期待されており、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る。また透過型電子顕微鏡を用いた直接観察の試みも、引き続き国際共同研究として展開していく予定である。第一原理計算を用いた欠陥形成エネルギーの計算についても、欠陥の電荷状態を考慮した計算が本科研費課題のサポートによって可能となり、本研究グループの半導体研究に欠かせない手法が得られたと考えている。
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