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Quantum-Assisted Photoelectric Effects in Perovskite Solar Cells

研究課題

研究課題/領域番号 20K15135
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分28030:ナノ材料科学関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

王 映樵  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 若手国際研究センター, ICYS研究員 (60838035)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワードperovskite solar cell / 2D/3D perovskite / Interface / Band mapping / STM / photodetector / quantum dot / nanosheet / Photovoltaics / Energy conversion / UV / stability / Perovskite solar cell / Quantum dot / 2D nanosheet / Photovoltaic
研究開始時の研究の概要

In this research proposal, the quantum material-assisted photoelectric effects were introduced into perovskite solar cells (PSCs) for maximum harvested the perovskite-unabsorbed sunlight, resulting in facilitated photocurrent collection as well as enhanced performances of PSC devices.

研究実績の概要

Graded 2D perovskite capping shells with continuously upshifting valence bands, produced by tailored dimensional engineering, can effectively extract holes from 3D perovskite cores. Real-space observation of electronic structures will fully reveal the operating mechanisms of 2D/3D hybrid perovskite solar cells (PSCs). In this financial year, the light-modulated scanning tunneling microscopy visualizes the cross-sectional band alignment across 2D (C4H9NH3)2(CH3NH3)n-1PbnI3n+1/3D CH3NH3PbI3 stacked perovskites. By systematically analyzing their electronic configuration, the mixed-dimensional perovskite band structure along the vertical 3D-to-2D direction can be spatially resolved. Remarkably, the electric field in the 2D perovskite is larger under light illumination than under dark conditions, resulting in an increase in the concentration of holes and electrons distributed in the 2D and 3D perovskites, respectively. Benefiting from this electronic reconstruction, charge recombination is suppressed, thereby significantly promoting the 2D/3D PSC performance. Moreover, our method opens an avenue for direct, local mapping of optoelectronic device energy levels. (Nano Energy, 2021, 89, 106362)

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (4件) 産業財産権 (2件)

  • [国際共同研究] National Taiwan University/National Sun Yat-sen University/Academia Sinica(台湾)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] National Taiwan University/Tunghai University/National Chiao Tung University(台湾)

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Two-dimensional bis(dithiolene)iron(II) self-powered UV photodetectors with ultrahigh air stability2021

    • 著者名/発表者名
      Ying-Chiao Wang、Chun-Hao Chiang、Chi-Ming Chang、Hiroaki Maeda、Naoya Fukui、I-Ta Wang、Cheng-Yen Wen、Kuan-Cheng Lu、Shao-Ku Huang、Wen-Bin Jian、Chun-Wei Chen、Kazuhito Tsukagoshi、Hiroshi Nishihara
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: 8 号: 14 ページ: 2100564-2100564

    • DOI

      10.1002/advs.202100564

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Visualizing band alignment across 2D/3D perovskite heterointerfaces of solar cells with light-modulated scanning tunneling microscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Huang Po-Cheng、Huang Shao-Ku、Lai Ting-Chun、Shih Min-Chuan、Hsu Hung-Chang、Chen Chun-Hsiang、Lin Cheng-Chieh、Chiang Chun-Hao、Lin Chi-Ying、Tsukagoshi Kazuhito、Chen Chun-Wei、Chiu Ya-Ping、Tsay Shiow-Fon、Wang Ying-Chiao
    • 雑誌名

      Nano Energy

      巻: 89 ページ: 106362-106362

    • DOI

      10.1016/j.nanoen.2021.106362

    • 関連する報告書
      2021 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] Quantum-assisted photoelectric gain effects in perovskite solar cells2020

    • 著者名/発表者名
      Wang Ying-Chiao、Huang Shao-Ku、Nakamura Toshihiro、Kao Yu-Ting、Chiang Chun-Hao、Wang Di-Yan、Chang Yuan Jay、Koshida Nobuyoshi、Shimada Toshikazu、Liu Shihao、Chen Chun-Wei、Tsukagoshi Kazuhito
    • 雑誌名

      NPG Asia Materials

      巻: 12 号: 1 ページ: 54-54

    • DOI

      10.1038/s41427-020-00236-1

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Unravelling the origin of the photocarrier dynamics of fullerene-derivative passivation of SnO2 electron transporters in perovskite solar cells2020

    • 著者名/発表者名
      Huang Shao-Ku、Wang Ying-Chiao、Ke Wei-Chen、Kao Yu-Ting、She Nian-Zu、Li Jia-Xing、Luo Chih-Wei、Yabushita Atsushi、Wang Di-Yan、Chang Yuan Jay、Tsukagoshi Kazuhito、Chen Chun-Wei
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 8 号: 44 ページ: 23607-23616

    • DOI

      10.1039/d0ta08752a

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Self-powered UV photodetectors with ultrahigh air stability based on a 2D coordination nanosheet2021

    • 著者名/発表者名
      Ying-Chiao Wang、Kazuhito Tsukagoshi、Hiroshi Nishihara
    • 学会等名
      “Clustering and Global Challenges” (CGC2021) international online conference
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Self-powered UV photodetectors with ultrahigh air stability based on a 2D metal-organic framework2021

    • 著者名/発表者名
      Ying-Chiao Wang、Kazuhito Tsukagoshi、Hiroshi Nishihara
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum strategies to boost the UV‐visible light harvesting ability of perovskite solar cells2020

    • 著者名/発表者名
      Ying-Chiao Wang、Shao-Ku Huang、Toshihiro Nakamura、Yu-Ting Kao、Chun-Hao Chiang、Di-Yan Wang、Yuan Jay Chang、Nobuyoshi Koshida、Toshikazu Shimada、Shihao Liu、Chun-Wei Chen、Kazuhito Tsukagoshi
    • 学会等名
      E-MRS 2020 Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 2D/3D perovskite---scanning tunneling microscopy

    • URL

      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521006170

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Bis(dithiolene)iron(II) Photodetectors

    • URL

      https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202100564

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] Quantum-assisted photoelectric gain effects

    • URL

      https://www.nature.com/articles/s41427-020-00236-1

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] Unravelling the origin

    • URL

      https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/TA/D0TA08752A#!divAbstract

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [産業財産権] 紫外線吸収膜及び紫外線電気変換素子2021

    • 発明者名
      王映樵、塚越一仁、 西原寛、前田啓明、 福居直哉
    • 権利者名
      物質・材料研究機構、東京理科大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-010496
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [産業財産権] 紫外線吸収膜及び紫外線電気変換素子2021

    • 発明者名
      王映樵、塚越一仁、西原寬、前田啓明、福井直哉
    • 権利者名
      物質・材料研究機構、東京理科大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-010496
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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