鉛を含まないSn-ペロブスカイト太陽電池の高効率化指針提案

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19KK0143
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 早瀬 修二 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 特任教授 (80336099)
• 研究分担者: 沈 青 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50282926) ; カマルディン ムハマドアクマル 電気通信大学, i－パワードエネルギー・システム研究センター, 特任研究員 (60853661)
• 研究期間 (年度): 2019-10-07 – 2022-03-31
• キーワード: ペロブスカイト / 太陽電池 / Sn / 鉛フリー / 高効率 / パッシベーション / 欠陥 / 有機ケイ素

研究実績の概要

鉛を含まないペロブスカイト太陽電池の高効率化が望まれている。
錫系ペロブスカイトがその最も期待される候補であるが効率が低いという問題点があった。錫系ペロブスカイト太陽電池の効率を向上するためには結晶欠陥に起因する電荷再結合サイト密度を低下させる必要がある。これまで我々はヨウ素イオン欠陥(undercordinated Sn ion)密度を低下させるために、エチレンジアミンによるパッシベーションが有効であることを示してきた。今回表面撥水性を有するハロゲン化ケイ素(Me3Si-Br)で表面をパッシベーションしたところ、耐久性、効率が向上することを見出した。効率は表面パッシベーション後に10.05%から12.22%に向上した。耐久性は未封止、窒素下で保存したところ、パッシベーション前には40日で30%の効率低下があったが、パッシベーション後は92日間で20%の低下に抑えることができた。ヨウ素イオン欠陥にBrイオンが配位しMe3Siグループが界面、粒界に吸着することにより、ヨウ素イオン欠陥密度を低下させるとともに、粒界を疎水性化し水分の侵入を防止していると推定された。
ハロゲン化有機ケイ素化合物による粒界パッシベーションは耐久性向上、効率向上に有効であることを実証した。

研究成果

• [雑誌論文] “Enhanced efficiency and stability in Sn-based perovskite solar cells by trimethylsilyl halide surface passivation” (2022)
  • 著者名/発表者名: Zheng Zhang, Liang Wang, Ajay Kumar Baranwal, Shahrir Razey Sahamir, Gaurav Kapil, Yoshitaka Sanehira, Muhammad Akmal Kamarudin, Kohei Nishimura, Chao Ding, Dong Liu, Yusheng Li, Hua Li, Mengmeng Chen, Qing Shen, Teresa S. Ripollesb, Juan Bisquert, Shuzi Hayase.
  • 雑誌名: J. Energy Chem. 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1016/j.jechem.2022.03.028
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultra-Halide-Rich Synthesis of Stable Pure Tin-Based Halide Perovskite Quantum Dots: Implications for Photovoltaics (2021)
  • 著者名/発表者名: Feng Liu, Junke Jiang, Taro Toyoda, Muhammad Akmal Kamarudin, Shuzi Hayase, Ruixiang Wang, Shuxia Tao, Qing Shen.
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 4 ページ: 3958-3968
  • DOI: 10.1021/acsanm.1c00324
• [学会発表] Suppressing hysteresis effect in lead-free tin halide perovskite solar cells through incorporation of large A-site cation (2021)
  • 著者名/発表者名: Muhammad Akmal Kamarudin, Shahrir Razey Sahamir, Teresa S. Ripolles, Kohei Nishimura , Satoshi Iikubo, Kenji Yoshino, Takashi Minemoto, Shen Qing, Juan Bisquert, Shuzi Hayase.
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2021 (MRM2021)(国際学会)
  • 国際学会
• [学会発表] Enhanced efficiency and stability in Sn-basedperovskite solar cells by trimethylsilyl halide surface passivation (2021)
  • 著者名/発表者名: Zheng Zhang, Muhammad Akmal Kamarudin, Ajay Kumar Baranwal, Mengmeng Chen, Qing Shen, Shuzi Hayase.
  • 学会等名: 電気化学会89回大会
• [学会発表] Large synergy effects of doping, A site substitution, and surface passivation in wide bandgap Pb-free ASnI2Br perovskite solar cells on efficiency and stability enhancement (2021)
  • 著者名/発表者名: Mengmeng Chen, Qing Shen, Shuzi Hayase.
  • 学会等名: 応用物理学会2022 春
• [学会発表] High-Efficiency Lead-Free Wide Band Gap Perovskite Solar Cells via Guanidinium Bromide Incorporation (2021)
  • 著者名/発表者名: Mengmeng Chen, Qing Shen, Shuzi Hayase.
  • 学会等名: 電気化学会
• [学会発表] High-Efficiency Lead-Free Wide Band Gap Perovskite Solar Cells via Guanidinium Bromide Incorporation (2021)
  • 著者名/発表者名: Mengmeng Chen, Qing Shen, Shuzi Hayase.
  • 学会等名: KJF-ICOMEP(国際学会)
  • 国際学会