| 研究課題/領域番号 |
21K04970
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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| 研究機関 | 岐阜工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
飯田 民夫 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (70377703)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | ペロブスカイト太陽電池 / ホール輸送層 / 製膜速度変化 / 結晶子サイズ / 表面均一な成膜 / 粒径制御 / ペロブスカイト / 太陽電池 / 高効率化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、次世代光電変換材料とされる有機・無機ペロブスカイト半導体を用いた薄膜太陽電池の高品位化のため、ペロブスカイト層と電子輸送層の結晶層界面の緻密化し、層界面のキャリア輸送機構を極低温状態での分光感度測定によって解析し、ペロブスカイト太陽電池の変換効率向上を試みる。具体的な研究内容を以下に示す。①ペロブスカイト層と電子輸送層との結晶層界面の緻密化（結晶粒径差を最小化）する。②緻密化されたペロブスカイト層と電子輸送層を有する太陽電池の極低温領域（10K）での分光感度測定を行う。③分光感度測定データを解析して、層界面でのキャリア輸送機構を改善し、太陽電池の変換効率向上を図る。
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| 研究実績の概要 |
令和5年度は、主にペロブスカイト太陽電池の発電層であるCH3NH3PbI3層とホール輸送層に用いるNiO2層との界面評価を行うため、NiO2膜の製膜手法の確立と結晶界面の評価方法の確立について研究を遂行した。
昨年度の報告に記した通り、電子輸送層にはTiO2膜ではなくC60膜を用いてる。C60膜においては、その構造から結晶子サイズを制御することが困難であると考えられるため、目的であった発電層との結晶界面の整合による改善も難しい。したがって太陽電池構造において逆側のホール輸送層との結晶界面の評価を試みている。現在NiO膜をホール輸送層に用いて太陽電池を作製し、発電効率を測定することは成功している。NiO膜製膜手法にはマグネトロンスパッタリング法を用い、ターゲットにNiO、スパッタガスにArおよびO2を使用した。製膜時のスパッタガス導入量や投入電力といったパラメータを変化させることで、NiO膜の結晶性と膜質を変化させることが可能という知見を得ている。また膜厚の制御により、作製したNiO膜中の結晶子サイズを計測することは可能となった。この結果は、太陽電池構造においてNiO膜をホール輸送層として用いた場合に、発電層であるCH3NH3PbI3膜との結晶界面評価に有用な情報となる。
令和５年度の研究成果発表実績は、国内学会・研究会にて3件、国際学会において1件の発表を行った。また学術論文を主として1編執筆した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度変更したとおり、本研究の目的である結晶層界面の緻密化は、逆構造ペロブスカイト太陽電池のホール輸送層と発電層の間で行うこととしている。令和５年度は、緻密化のためのホール輸送層の結晶子サイズ制御を行うため気相法によるNiO膜の作製を遂行した。この際に、作製条件の設定に時間がかかってしまったため、多少研究の進捗が遅れているが、製膜および結晶子サイズの評価は可能となったことから研究はおおむね順調に進展していると考えている。次年度は結晶界面の制御を試み、実際に太陽電池デバイスでの効率への影響について評価を行う予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
ペロブスカイト太陽電池において、発電層に用いるCH3NH3PbI3膜とホール輸送層に用いるNiO膜について、気相法で作製し、膜厚制御や結晶子サイズの制御について知見が得られてきている状況である。今後はそれぞれの膜についての製膜条件と粒径制御に関しての相関性を精査し、本研究の目的である層界面の緻密化による太陽電池デバイスの高効率化に向けて研究を遂行する。具体的な方法としては、粒径差を10%以内とし、整合性を高めた状態で太陽電池デバイスを作製し、変換効率への影響を確認していく。また作製したペロブスカイト太陽電池において、極低温下での分光感度測定を行い、層界面の電気伝導機能評価とキャリア輸送機構についても考察する。
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