| 研究課題/領域番号 |
19K05666
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 太陽電池 / ペロブスカイト / 耐久性 / 安定性 / 評価 / デバイス / 電子郵送層 / 自己組織化単層膜 |
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| 研究実績の概要 |
この研究プロジェクトは、ペロブスカイト太陽電池の安定性と耐久性を向上させることを目的としています。材料とセル構造設計の革新は、デバイスの動作寿命を評価し、劣化と損失のメカニズムを調査することによって知らされます。
この目的のために、科研費で得た資金をもとに、高度で包括的な測定装置一式が整備された。中心には、様々な雰囲気や光量の制御された条件下でデバイスを動作させ、出力を独自トラッキングアルゴリズムで観測する。
この装置は昨年から稼働しています。それからいろいそな研究者と共同で、さまざまのペロブスカイト太陽電池を測定してきました。記録的なスズ鉛ペロブスカイト太陽電池の寿命データが最近発表されました（Energy Environ. Sci. 2022, in press.） その他の電気的特性は、以前の論文用のデバイスで実施しました (Chem. Sci. 2021, 12, 13513-13519. DOI: 10.1039/D1SC04221A) 寿命とインピーダンス測定は、鉛ペロブスカイト太陽電池用の新しいホール輸送材料に関する研究の一部として含まれています (Sol. RRL 2022, 6, 2100877. DOI: 10.1002/solr.202100877)。
当研究室からスピンオフしたベンチャー企業であるエネコアトテクノロジーズが作成した封止デバイスやモジュールの動作寿命測定を行ってきました。最近、同様の測定ステーションを設置し、私が開発した出力追跡アルゴリズムを提供することに成功しました。
もっとペロブスカイトの電子物性を調べるために過渡的な光電圧（TPV）と光電流（TPC）の測定を行うためのシステムを購入し、組み立て、検証を行った。
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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
私は現在、ワイドバンドギャップ吸収体を用いたペロブスカイト太陽電池の開発に注力しています。私は、分子単層正孔抽出層（HEL）であるMeO-2PACz分子を用いて作製したp-i-nペロブスカイト太陽電池を、環境光利用のための候補として評価している。2つのトリプルカチオン混合ハロゲン化鉛ペロブスカイト吸収体を比較した。1つは臭化物を多く含むもの（Br/I比1：2、バンドギャップ1.72eV）、もう1つは臭化物をあまり含まないもの（Br/I比1：11、バンドギャップ1.57eV）であった。どちらの材料も、模擬太陽光下で最大出力100時間の動作において、良好な安定性を示した。これは、2年以上の環境下での使用に匹敵する累積光量である。これらのデバイスの耐久性は、Spiro-OMeTAD正孔輸送層を用いたn-i-p構造を持つ従来の参照デバイスよりも著しく優れていた。
本研究の結果は、プレプリントの形でオンライン公開されています（https://www.researchsquare.com/article/rs-1395435/v2）。
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| 今後の研究の推進方策 |
持続可能なエネルギーの供給と地球温暖化の抑制のため、研究者が高い変換効率を持つタンデム型太陽電池の開発に注力していることから、ワイドバンドギャップ・ペロブスカイト吸収体の重要性が増している。したがって、ワイドバンドギャップペロブスカイト材料の安定性を向上させ、最適なセル構造を決定することに注力することが重要である。Brinkmanらの最近の研究（Nature 2022, 604, 280-286. DOI: 10.1038/s41586-022-04455-0） では、タンデム太陽電池デバイスの一部として自己組織化単層（SAM）上にワイドバンドギャップペロブスカイトが作製されているが、私はSAM分子の化学設計を変更してペロブスカイト層の安定化とデバイス寿命の改善を目指したいと考えている。ペロブスカイト膜のバンドギャップが大きくなると、SAM層の設計も変わってくると思うので、この関係を調べることが重要です。
ペロブスカイト太陽電池を実用化するための設計でもう一つ重要なのは、セルを環境から保護するための封止（パッケージング）である。このテーマについては、すでに他のグループによっていくつかの素晴らしい研究が発表されていますが（例えば、Cheacharoen et al, Sustainable Energy and Fuels, 2018 2, 2398-2406. DOI: /10.1039/c8se00250a) 私たち自身の研究室では、デバイスのパッケージを成功させるための製造技術と、実際の条件下でパッケージの耐久性を評価するための試験装置の両方を開発する必要があります。そこで次は、これらの課題に取り組んでいきたいと思います。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナウイルスのため、対面国内・外国学会に予定通り参加できませんでした。Zoomで参加することが多く、旅費は思ったほどかかりませんでした。
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| 備考 |
Operational stability, low light performance, and long-lived transients in mixed-halide perovskite solar cells with a monolayer-based hole transport layer
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