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2017 年度 実施状況報告書

有機無機ハイブリッド太陽電池における酸化物半導体の役割解明と軽量太陽電池への展開

研究課題

研究課題/領域番号 16K05888
研究機関桐蔭横浜大学

研究代表者

池上 和志  桐蔭横浜大学, 医用工学部, 准教授(移行) (30375414)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードペロブスカイト / 酸化チタン / 低温製膜法 / ブルッカイト
研究実績の概要

高効率ペロブスカイト太陽電池を作製するための、メソポーラス酸化チタン層に注目して研究を進めた。高効率ペロブスカイト太陽電池をプラスチック基板上に作製するためには、メソポーラス酸化チタン層の低温製膜が極めて重要となる。
昨年度までは、このメソポーラス層にブルッカイト酸化チタン層を用いた検討を行ってきた。今年度は、粒子径が10nm以下のアナターゼ型酸化チタン層を用いることを検討した。昨年度までの研究において開発した、ロール・ツー・ロールプロセスによりTiO2緻密層を厚み8nmにスパッタ製膜したITO-PENフィルムを用いた。
そのフィルム上に、粒子径が10nm以下のアナターゼ型酸化チタンの水分散液をスピンコート製膜した。小粒子アナターゼ酸化チタン膜の厚みは、希釈率により調整した。酸化チタン層を製膜した基板上に、先行研究で高効率が報告されているトリプルカチオンペロブスカイト(Cs, メチルアンモニウム、ホルムアミジニウムをAサイトカチオンとしてもつハロゲン化鉛系ペロブスカイトの組成)を塗布してプラスチックペロブスカイト太陽電池を作製したところ、そのエネルギー変換効率は最大18%以上を達成した。この効率は、低温製膜かつプラスチックフィルムにおけるペロブスカイトの効率としては世界トップレベルの効率である。
ここで制作したペロブスカイト太陽電池について、曲げ試験等も行い、1000回以上の繰り返しの曲げ試験にて、変換効率を維持できることを実証した。

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

本研究の目的であるホール輸送層を用いないペロブスカイト太陽電池の構築のためには、n型菜半導体の製膜の自由度をあげることが必要である。
本研究において、昨年度研究を進めていたブルッカイト型酸化チタンに加えて、アナターゼ型酸化チタンを低温製膜に適用できたことは、さらに、その太陽電池が変換効率18%を達成できrたことは、本研究のセル設計を多様化させることができる。

今後の研究の推進方策

ブルッカイト型酸化チタンに加えて、アナターゼ型酸化チタンを用いて、n型半導体による電子輸送層を製膜することができた。今年度は、これらの酸化チタン膜の多層化と、変換効率への影響、さらに、ホール輸送層フリーとなる酸化チタン層の構成について、検討を進める。

次年度使用額が生じた理由

年度末の出張の計画に変更があり、繰越額を生じた。
今年度は、主に、作製した装置の評価用物品の購入にあてる計画である。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Vapor Annealing Controlled Crystal Growth and Photovoltaic Performance of Bismuth Triiodide Embedded in Mesostructured Configurations2018

    • 著者名/発表者名
      Kulkarni Ashish、Singh Trilok、Jena Ajay K.、Pinpithak Peerathat、Ikegami Masashi、Miyasaka Tsutomu
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 10 ページ: 9547~9554

    • DOI

      DOI: 10.1021/acsami.8b00430

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of spiro-OMeTAD in performance deterioration of perovskite solar cells at high temperature and reuse of the perovskite films to avoid Pb-waste2018

    • 著者名/発表者名
      Jena Ajay Kumar、Numata Youhei、Ikegami Masashi、Miyasaka Tsutomu
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 6 ページ: 2219~2230

    • DOI

      10.1039/C7TA07674F

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stable and efficient perovskite solar cells fabricated using aqueous lead nitrate precursor: Interpretation of the conversion mechanism and renovation of the sequential deposition2018

    • 著者名/発表者名
      Hsieh Tsung-Yu、Su Tzu-Sen、Ikegami Masashi、Wei Tzu-Chien、Miyasaka Tsutomu
    • 雑誌名

      Materials Today Energy

      巻: 1 ページ: In press

    • DOI

      doi.org/10.1016/j.mtener.2018.01.006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photovoltaic enhancement of bismuth halide hybrid perovskite by N-methyl pyrrolidone-assisted morphology conversion2017

    • 著者名/発表者名
      Kulkarni Ashish、Singh Trilok、Ikegami Masashi、Miyasaka Tsutomu
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 7 ページ: 9456~9460

    • DOI

      10.1039/C6RA28190G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lead-free perovskite solar cells using Sb and Bi-based A3B2X9 and A3BX6 crystals with normal and inverse cell structures2017

    • 著者名/発表者名
      Baranwal Ajay Kumar、Masutani Hideaki、Sugita Hidetaka、Kanda Hiroyuki、Kanaya Shusaku、Shibayama Naoyuki、Sanehira Yoshitaka、Ikegami Masashi、Numata Youhei、Yamada Kouji、Miyasaka Tsutomu、Umeyama Tomokazu、Imahori Hiroshi、Ito Seigo
    • 雑誌名

      Nano Convergence

      巻: 4 ページ: In press

    • DOI

      doi.org/10.1186/s40580-017-0120-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Poly(4-Vinylpyridine)-Based Interfacial Passivation to Enhance Voltage and Moisture Stability of Lead Halide Perovskite Solar Cells2017

    • 著者名/発表者名
      Chaudhary Bhumika、Kulkarni Ashish、Jena Ajay Kumar、Ikegami Masashi、Udagawa Yosuke、Kunugita Hideyuki、Ema Kazuhiro、Miyasaka Tsutomu
    • 雑誌名

      ChemSusChem

      巻: 10 ページ: 2473~2479

    • DOI

      doi.org/10.1002/cssc.201700271

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solution-Processed Transparent Nickel-Mesh Counter Electrode with in-Situ Electrodeposited Platinum Nanoparticles for Full-Plastic Bifacial Dye-Sensitized Solar Cells2017

    • 著者名/発表者名
      Khan Arshad、Huang Yu-Ting、Miyasaka Tsutomu、Ikegami Masashi、Feng Shien-Ping、Li Wen-Di
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 9 ページ: 8083~8091

    • DOI

      10.1021/acsami.6b14861

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tuning of perovskite solar cell performance via low-temperature brookite scaffolds surface modifications2017

    • 著者名/発表者名
      Singh Trilok、Udagawa Yosuke、Ikegami Masashi、Kunugita Hideyuki、Ema Kazuhiro、Miyasaka Tsutomu
    • 雑誌名

      APL Materials

      巻: 5 ページ: 016103~016103

    • DOI

      doi.org/10.1063/1.4973892

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Ultrathin Sputtered TiO2 Compact Layer for Mesoporous Brookite-based Plastic CH3NH3PbI3-xClx Solar Cells2017

    • 著者名/発表者名
      Kogo Atsushi, Iwasaki Shinichi, Ikegami Masashi, Miyasaka Tsutomu
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 46 ページ: 530-532

    • DOI

      10.1246/cl.1246

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photovoltaic Properties of Two-dimensional (CH3(CH2)3NH3)2PbI4 Perovskite Crystals Oriented with TiO2 Nanowire Array2017

    • 著者名/発表者名
      Sanehira Yoshitaka, Numata Youhei, Ikegami Masashi, Miyasaka Tsutomu
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 46 ページ: 1204-1206

    • DOI

      10.1246/cl.170428

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Development of Flexible Substrates for perovskite solar cells2017

    • 著者名/発表者名
      Ikegami Masashi
    • 学会等名
      11th Aseanian Conference on Nano-Hybrid Solar Cells (NHSC11)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ブルッカイト型TiO2電子収集層による高効率低温製膜ペロブスカイト太陽電池2017

    • 著者名/発表者名
      古郷 敦史,實平 義隆,沼田 陽平,池上 和志,宮坂 力
    • 学会等名
      第78回応用物理学会 秋季学術講演会
  • [学会発表] インクジェット製膜法によるペロブスカイト光発電層における液滴サイズの検討2017

    • 著者名/発表者名
      戸邉 智之、岩橋 秀樹、遠藤 聡人、實平 義隆、沼田 陽平、池上 和志、宮坂 力
    • 学会等名
      第78回応用物理学会 秋季学術講演会
  • [学会発表] 酸化チタン超ナノ微粒子を用いたペロブスカイト太陽電池メソポーラス層の低温製膜2017

    • 著者名/発表者名
      秋山 航汰、實平 義隆、沼田 陽平、宮坂 力、池上 和志
    • 学会等名
      第78回応用物理学会 秋季学術講演会
  • [学会発表] 水蒸気加熱法による酸化チタン多孔膜のナノ構造制御とペロブスカイト太陽電池への応用2017

    • 著者名/発表者名
      實平 義隆, 沼田 陽平, 池上 和志, 宮坂 力
    • 学会等名
      第78回応用物理学会 秋季学術講演会

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公開日: 2018-12-17  

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