| 研究課題/領域番号 |
22KJ1747
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| 補助金の研究課題番号 |
21J23253 (2021-2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2021-2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分35030:有機機能材料関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
橋本 塁人 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 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 |
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | ペロブスカイト半導体 / 正孔輸送性材料 / 発光 / 太陽電池 / ペロブスカイト太陽電池 / 表面処理 / スズペロブスカイト / ワイドバンドギャップ / 開放電圧 / エチレンジアンモニウム塩 / パッシベーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、スズ系ペロブスカイト太陽電池の高性能化に向けて正孔回収層材料を開発し、ペロブスカイト-正孔回収層間での界面構造を解明
する。本研究では、ABX3型ペロブスカイト構造がAサイトとしてメチルアンモニウムといった有機アンモニウムカチオンをもつことに着目し、
これらを「アンカー部位」としてπ共役骨格に導入することで、ペロブスカイト層との界面で分子を配向・配列制御することが可能になると考
えられる。本研究では、 正孔回収層材料の側鎖としてアルキルアンモニウムを導入し、分子レベルでの界面構造制御法の実現を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、電子・立体構造制御に基づいた独自の分子設計指針に基づいて、一連のπ共役系化合物群を合成し、それらの基礎特性評価とペロブスカイト太陽電池への応用展開を検討した。
酸素架橋型トリアリールアミン骨格誘導体を基本骨格に用いたポリマー材料を合成し、これを正孔輸送性材料に用いたペロブスカイト太陽電池を作製し、評価した。その結果、添加剤を用いなくても12%の光電変換効率が得られることを見出した。
また、酸素架橋型トリアリールアミン骨格の置換基効果についても詳細に検討した。電子求引性のニトロ基を用いた場合、励起状態での構造変化によりおおきなストークスシフトを伴った発光特性を示すことを見出した。
さらに、トリアリールアミン骨格にアルキンを導入し、ジチオールとの架橋反応を用いることで、基板上で強固な正孔回収層を作製できることを見出し、この技術を用いてペロブスカイト太陽電池が作製できることを実証した。
上記の他、二次元型のペロブスカイト半導体および金属フリーのペロブスカイト型化合物の高品質結晶を合成することにも成功した。これらの材料を用いて、１）二次元ハライドペロブスカイトが、比較的長い励起子スピン緩和時間と実質的な励起子-励起子相互作用により、この制限を克服できることを見出した。２）また、金属を含まない強誘電性ペロブスカイトMDABCOが、優れた強誘電性と可視フォトルミネッセンスをカップリングして示すことを見出した。
これらの成果は、今後Pbフリー型ペロブスカイト太陽電池の高性能化やペロブスカイト半導体のスピントロニクスなどの新たな応用研究にも有用である。
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