ペロブスカイト太陽電池への色素導入による吸収増強

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K05596
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 中崎 城太郎 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特任准教授 (10444100)
• 研究期間 (年度): 2015-10-21 – 2018-03-31
• キーワード: 太陽電池 / ペロブスカイト / ポルフィリン

研究実績の概要

本研究では、有機鉛ハライドペロブスカイト太陽電池に色素を導入し、従来のものでは相対的に弱かった600～800nm付近の吸収を増強することを目指した。この中で、ペロブスカイト層の原料組成と作製手順を改良した結果、ペロブスカイトそのものが示す吸収が十分強くなり、性能面では色素による吸収増強の余地がないレベルに達した。色素による吸収増強効果を検討するため、透明導電電極基板側に正孔輸送層を配置した逆構造型デバイスの作製条件を検討し、ペロブスカイト層をあえて薄めに製膜することで、光吸収が十分でない状況を作った。このペロブスカイト層背面への含ポルフィリン電子輸送層の製膜を試みた。性能が十分なデバイスは研究期間中に実現できなかったが、鉛使用量の低減や、着色による意匠性向上につながるアプローチである。一方、順構造型デバイスで、透明導電電極基板上に、電子輸送層となる酸化チタン層を製膜し、これに色素を含む各種有機分子を吸着させた上にペロブスカイト層を製膜する検討を行なった。これらの中で、フラーレン系材料を用いた場合に太陽電池性能が向上することが見出された。光吸収については有意な差が見られなかったが、酸化チタンとペロブスカイトの界面の接触が改善したことで性能が向上したとみられる。このことから、酸化チタン表面に吸着した有機分子が表面修飾分子として機能していることが示された。このように、当初の予定とは異なるが、デバイスの性能向上につながる結果が得られた。

研究成果

• [雑誌論文] Evolution of organometal halide solar cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Jotaro Nakazaki, Hiroshi Segawa
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 巻: 35 ページ: 74-107
  • DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2018.02.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulations of various alkali metal cations on organometal halide perovskites and their influence on photovoltaic performance (2018)
  • 著者名/発表者名: Zeguo Tang, Satoshi Uchida, Takeru Bessho, Takumi Kinoshita, Haibin Wang, Fumiyasu Awai, Ryota Jono, Masato M. Maitani, Jotaro Nakazaki, Takaya Kubo, Hiroshi Segawa
  • 雑誌名: Nano Energy 巻: 45 ページ: 184-192
  • DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.12.047
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機金属ハライドペロブスカイト太陽電池の高性能化に向けた最新技術 (2018)
  • 著者名/発表者名: 瀬川浩司, 中崎城太郎
  • 雑誌名: 光アライアンス 巻: 29(3) ページ: 6-10
• [雑誌論文] Recent progress of organometal halide perovskite solar cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Jotaro Nakazaki, Hiroshi Segawa
  • 雑誌名: AAPPS Bulletin 巻: 27 ページ: 9-21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of unique power conversion efficiency of solar cell showing hysteresis in the I-V curve under various light intensities (2017)
  • 著者名/発表者名: Ludmila Cojocaru, Satoshi Uchida, Koichi Tamaki, Piyankarage V. V. Jayaweera, Shoji Kaneko, Jotaro Nakazaki, Takaya Kubo, Hiroshi Segawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 11790
  • DOI: 10.1038/s41598-017-10953-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of TiO2 surface treatment on the current-voltage hysteresis of planar-structure perovskite solar cells prepared on rough and flat fluorine-doped tin oxide substrates (2017)
  • 著者名/発表者名: Ludmila Cojocaru, Satoshi Uchida, Piyankarage V. V. Jayaweera, Shoji Kaneko, Haibin Wang, Jotaro Nakazaki, Takaya Kubo, Hiroshi Segawa
  • 雑誌名: Energy Technology 巻: 5 ページ: 1762-1766
  • DOI: 10.1002/ente.201700308
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solution-processed short-wave infrared PbS colloidal quantum dot/ZnO nanowire solar cells giving high open-circuit voltage (2017)
  • 著者名/発表者名: Haibin Wang, Takaya Kubo, Jotaro Nakazaki, Hiroshi Segawa
  • 雑誌名: ACS Energy Letters 巻: 2 ページ: 2110-2117
  • DOI: 10.1021/acsenergylett.7b00505
  • 査読あり