| 研究課題/領域番号 |
21H02040
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
韓 礼元 東京大学, 大学院総合文化研究科, 特任研究員 (20531172)
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| 研究分担者 |
中崎 城太郎 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (10444100)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 太陽電池 / ペロブスカイト / 高効率 |
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| 研究実績の概要 |
大面積ペロブスカイト太陽電池の均一なパッシベーション方法を検討した。一般的にホール輸送層の導電率を向上するために、Li-TFSI塩を用いてドーピングを行っている。我々はLi-TFSI塩の代わりにイオン性液体（EIm-TFSI）を使用して、ホール輸送材料のP型ドーピングを実現した。また、このドーピング反応で形成された副生成物は、ペロブスカイト層に移動し、Pb0 および I0 欠陥サイトを効率的にドーピングできることが判明した。この方法で作成したペロブスカイト膜を導電性原子間力顕微鏡 (C-AFM)、走査型フーリエ変換赤外分光法 (FTIR)、および走査型共焦点蛍光顕微鏡 (CLSM) で計測することにより、形成された大面積ペロブスカイト層が均一にパッシベーションされたことがわかった。この方法では、工業化に簡単かつ効率的なペロブスカイト太陽電池の作製法を提供した。
また、ルイス塩基誘起再結晶によって形成されたSn2+勾配構造を持つヨウ化ホルムアミジンスズ (FASnI3) ペロブスカイトは、光吸収層内の電界強度を増加させた。それによってペロブスカイトセル内のキャリアの再結合を効果的に減少させた。キャリア収集効率が向上した。FASnI3 光吸収層を有するスズペロブスカイト太陽電池は、光電変換効率13.82％を達成した。さらに、このペロブスカイトセルは、AM1.5太陽光の下で1000時間連続動作した後でも、効率の変化が認められなかったため、優れた耐久性を有する。
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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
Li-TFSI塩を用いてドーピングを行っている。我々はLi-TFSI塩の代わりにイオン性液体（EIm-TFSI）を使用して、ホール輸送材料のP型ドーピングを実現したと同時に、このドーピング反応で形成した生成物がペロブスカイト層に移動し、Pb0 および I0 欠陥を効率的にドーピングできることが判明した。種々の計測によりペロブスカイト層の大面積で均一なパッシベーションを実現したことがわかった。実用化に有効かつ効率的なパッシベーション方法を提案できた。これにより、1cm2のセルで変換効率 23.75％を得ることができた。
ルイス塩基誘起再結晶によって形成されたSn2+ 勾配構造を持つヨウ化ホルムアミジンスズ (FASnI3) ペロブスカイトは、光吸収層内の電界強度を増加させた。それによってペロブスカイトセル内のキャリアの非放射電荷再結合を効果的に減少させたことがわかった。新たな高効率化構造を提案できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き、光学計測および電気計測を駆使し、デバイス特性における構造の光学的特性、半導体接合特性、キャリア注入および輸送特性に対する影響を解明する。さらに、欠陥密度の定量的な評価により、有効な欠陥パッシベーション方法を明確にする。上記測定で得られた結果をデバイス作製にフィードバックし、逆型ペロブスカイト太陽電池の高効率化を妨げている要因を解明し、性能向上へのアプローチを明らかにする。
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