| 研究課題/領域番号 |
21K05261
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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36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 滋賀県立大学 |
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研究代表者 |
鈴木 厚志 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (30281603)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | ペロブスカイト太陽電池 / 電子構造 / 第一原理計算 / 分子動力学 / X線回折 / 表面形態 / 光起電力特性 / フォノン / 希土類元素 / 太陽電池 / エネルギー変換材料 / 無機デバイス関連材料 / バンド構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ハロゲン化鉛系ペロブスカイト太陽電池は、従来の太陽電池よりも優れた開放電圧、高い光電変換効率を有しているが、短絡電流密度や長期安定性に乏しく、実用化する上で光活性層であるペロブスカイト結晶の劣化抑制、界面改善、電子構造制御による性能向上が求められている。本研究は、希土類元素の導入により長期安定性かつ高性能なペロブスカイト太陽電池の開発を行うことを目的とする。希土類元素導入により光活性層の劣化を改善しながら性能向上と長期安定化を行う。第一原理計算による材料設計と導入効果の実験的検証を行う。電子構造、格子振動、熱力学的安定性を考慮しながら材料設計・性能予測を行い、高性能な太陽電池を開発する。
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| 研究成果の概要 |
ハロゲン化鉛系ペロブスカイト太陽電池は、従来の太陽電池よりも高い開放電圧、光電変換効率を有しているが、長期安定性に乏しく、実用化する上で光活性層であるペロブスカイト結晶の劣化抑制や構造最適化が求められている。本研究では希土類元素を導入したペロブスカイト結晶の電子構造解析から性能を予測し、光活性層の劣化を抑制しながら性能向上と長期安定化を行った。フォノン分散、IR/Ramanの振動モード、熱伝導率の挙動からフォノンの影響を検証した。正孔輸送層にフタロシアニン錯体を導入することにより光活性層の表面形態を改善した。長期安定性かつ高性能なペロブスカイト太陽電池の開発が可能となり、実用化が期待できる。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
希土類元素の導入によりペロブスカイト結晶の電子構造を制御し、ペロブスカイト太陽電池の性能向上と長期安定性の改善を行うことができた。第一原理計算によるバンド構造から電子相関、電子-格子相互作用、安定性を検証し、性能予測と実験的検証による設計指針を確立し、従来のデバイスの開発方法より高性能な特性と開発期間の短縮をすることができた。さらに光活性層の表面にフタロシアニン錯体を導入することにより劣化抑制や界面の構造最適化により光起電力特性や安定性を向上することができた。ペロブスカイト太陽電池の性能や安定性が大幅に向上し、建築用、自動車用のみならず異分野市場に加速度的に普及することが期待される。
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