| 研究課題/領域番号 |
23K23127
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01859 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
河瀬 元明 京都大学, 工学研究科, 教授 (60231271)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円)
2022年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
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| キーワード | ペロブスカイト / 太陽電池 / CVD / ビスマス / 非鉛 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
太陽電池用ペロブスカイト半導体の代表的な製法は原料溶液を基板上にスピンコートし、溶媒を蒸発させる溶液法である。溶液法は大面積基板への均質膜の製膜が困難であり、不純物の残留や、ピンホールが生じる問題がある。本研究では、大面積基板への均一製膜が可能で工業的薄膜製造プロセスにもっとも採用されている化学気相成長法（CVD法）により、水分耐性が高く変換効率も比較的高いBi系ペロブスカイト (CH3NH3)3Bi2X9（X = Cl, Br, I）を製造する方法を開発する。反応器上流部で反応物蒸気を発生させる手法と反応管内温度分布を利用した核生成の制御を提案し、新規CVDプロセスを開発する。
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| 研究実績の概要 |
原料を金属Biからより反応性の高い酸化ビスマス（Bi2O3）に変更した。加熱炉内のセラミックボートで溶融したBi2O3とHIが反応して生成したヨウ化ビスマス（BiI3）をHeで希釈し、未反応のHIとともに混合部へ供給した。混合部ではHeで希釈したMAと衝突混合させて製膜部へ供給し、TiO2付きFTOガラス基板に成膜した。得られた膜はXRD (X線回折) 測定によりMABIであることを確認した。
中間生成物であるBiI3とMAI分圧の影響を反応温度170、180℃で調べた。MAI分圧0.25～2 Pa、BiI3分圧0.01～0.11 PaでいずれもMABIの成膜速度はラングミュア型となり、2BiI3+3MAI→MABIは表面反応であることがわかった。反応温度160 ℃と180 ℃での平均膜厚（成膜時間30 min）を比較すると、それぞれ351 μm、175 μmであった。高温では成膜速度と分解速度がともに上昇することが示唆された。ヘリウム雰囲気下、MAI雰囲気下（0.21 Pa)、BiI3雰囲気下（0.03 Pa）でのMABI分解量を測定した結果、MAI雰囲気下では分解速度が他の2条件と比較して約1/5であった。MABIの分解：MABIσ⇔MAIσ＋BiI3σ、MAIσ⇔MAI(g)、BiI3σ⇔BiI3(g)より、MAI雰囲気下ではMAIσの脱着が抑制され、その結果MABIの分解が抑制されると考えられる。一方、BiI3雰囲気下ではBiI3σの脱着抑制の効果は小さいことが示唆された。
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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
より反応性の高い原料を見つけ、温度や分圧等異なる条件で成膜をおこない、成膜可能な条件の探索をおこなった。成膜と同時に分解も進むことが明らかとなり、分解も含めた反応モデルを提案し、パラメーターの取得の見通しが立った。
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| 今後の研究の推進方策 |
他の温度（160 ℃）で成膜し、MABIの生成と分解を考慮した反応速度解析をおこなう。各パラメーター（反応速度定数、吸着定数）の活性化エネルギーを算出し、成膜速度を定式化する。
また、電気的特性を測定し、膜の性能評価をおこなう。
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