耐湿性を有するフッ素系複合化ペロブスカイト太陽電池の最適組成の理論的探索

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K05063
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分26040:構造材料および機能材料関連
• 研究機関: 工学院大学
• 研究代表者: 高羽 洋充 工学院大学, 先進工学部, 教授 (80302769)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ハライドペロブスカイト / 太陽電池 / フッ化物系 / フッ素化合物 / 密度汎関数法 / 耐湿性 / 劣化 / 部分置換ペロブスカイト

研究成果の概要

CF3NH3（TFA）をAサイトに導入したフッ化物ハライドペロブスカイトは安定に存在しうるが、バンドギャップは1.6 eV以上となることが明らかとなった。バンドギャップを1.4 eVの適正値に近づけるためには、AサイトイオンのCH3NH3による部分置換が有効である。また、Parallel型TFAPbI3 (001)表面へは水分子が吸着しないことがDFT計算から示唆され、期待していた表面疎水性が発現することが明らかとなった。以上より、TFAPbI3が耐湿性をもつ太陽電池材料として有望であることが明らかとなった。

自由記述の分野

材料化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

有機無機ペロブスカイトは次世代の低コスト太陽電池材料として注目を集めている。しかしながら、水などによる構造劣化が実用化に向けての大きな課題となっている。本研究では、Aサイトイオンにフッ化物を導入したペロブスカイト、あるいはXサイトにフッ素イオンを導入したフッ素系ペロブスカイトの新規組成を提案し、劣化耐性が期待できることを理論計算で明らかにした。これは、有機無機ペロブスカイトの実用化に向けて大きな一歩である。