14族系DA相互浸透接合中間バンド型自己組織量子ドット太陽電池開発と光起電力機構

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25420760
• 研究機関: 滋賀県立大学
• 研究代表者: 奥 健夫 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (30221849)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 太陽電池材料 / ドナー・アクセプター / 相互浸透型 / 光起電力 / 量子ドット / 自己組織

研究実績の概要

第三世代太陽電池の研究開発にあたり、幅広い学際的バックグラウンドを持つ研究者を結集し研究を推進した。平成28年度は、TiO2ナノ粒子導入電子輸送層／ペロブスカイト層相互浸透型構造を有する、バンドギャップ制御型元素ドーピングCH3NH3PbI3ペロブスカイト系太陽電池の形成を試み、光起電力特性および微細構造を評価した。また、PCBM:P3HT系相互浸透型太陽電池へのフタロシアニン添加による特性向上、球状シリコン太陽電池材料およびSnO2反射防止膜の微細構造解析および光物性評価も行った。これらの研究成果をとりまとめ、論文発表等を積極的に行った。
具体的には、相互浸透接合型ペロブスカイト系光電変換デバイス構造形成および量子化学材料設計により、長波長まで広範囲の光を吸収可能な太陽電池を形成した。ホール移動度及び電子移動度を向上させるために、ポリシラン分子やNbイオン導入キャリア輸送層を形成し、ハロゲンイオン位置や、14族元素であるPb原子位置にもそれぞれCl、Br及びSb、Snなど他元素導入も試み、ペロブスカイト結晶構造、キャリア輸送、光物性等を調べ、効率向上およびキャリア移動度増大などの結果を得た。また有機PCBM:P3HT系太陽電池へのフタロシアニン添加により光起電力特性が向上した。さらに第一原理計算によるナノ構造・電子状態予測、熱力学計算による界面反応予測等を行いながら、今後の新規太陽電池デバイス設計の指針とした。

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication and characterization of PCBM:P3HT-based thin-film organic solar cells with zinc phthalocyanine and 1,8-diiodooctane (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Maruhashi, T. Oku, A. Suzuki, T. Akiyama and Y. Yamasaki
  • 雑誌名: Chemical and Materials Engineering 巻: 5 ページ: 1-7
  • DOI: 10.13189/cme.2017.050101
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Arsenic and chlorine co-doping to CH3NH3PbI3 perovskite solar cells (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hamatani, Y. Shirahata, Y. Ohishi, M. Fukaya and T. Oku
  • 雑誌名: Advances in Materials Physics and Chemistry 巻: 7 ページ: 1-10
  • DOI: 10.4236/ampc.2017.71001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of PBr3 addition to polysilane thin films on structures and photovoltaic properties (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Nakagawa, T. Oku, A. Suzuki, T. Akiyama, M. Yamada, S. Fukunishi, K. Kohno
  • 雑誌名: Green and Sustainable Chemistry 巻: 7 ページ: 20-34
  • DOI: 10.4236/gsc.2017.71002
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Y. Shirahata, T. Oku, Y. Kanamori and M. Murozono (2017)
  • 著者名/発表者名: Effects of heat treatment on fluorine-doped tin oxide anti-reflection films coated on silicon spheres
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 125 ページ: 145-149
  • DOI: 10.2109/jcersj2.16195
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of polysilane-doped spiro-OMeTAD hole transport layers on photovoltaic properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shirahata, Y. Yamomoto, A. Suzuki, T. Oku, S. Fukunishi, and K. Kohno
  • 雑誌名: Physica Status Solidi A 巻: 214 ページ: 1600591-1-7.
  • DOI: 10.1002/pssa.201600591
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of SbBr3 addition to CH3NH3PbI3 solar cells (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Oku, Y. Ohishi, and A. Suzuki
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1807 ページ: 020007-1-5
  • DOI: 10.1063/1.4974789
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of perovskite photovoltaic devices with TiO2 nanoparticle layers (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Oku, N. Ueoka, K. Suzuki, A. Suzuki, M. Yamada, H. Sakamoto, S. Minami, S. Fukunishi, K. Kohno, and S. Miyauchi
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1807 ページ: 020014-1-7
  • DOI: 10.1063/1.4974796
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photovoltaic properties of Cu-doped CH3NH3PbI3 with perovskite structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shirahata and T. Oku
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1807 ページ: 020008-1-6
  • DOI: 10.1063/1.4974790
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of CH3NH3(Cs)Pb(Sn)I3(Br) perovskite solar cells (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Ueoka, Y. Ohishi, Y. Shirahata, A. Suzuki, and T. Oku
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1807 ページ: 020009-1-9
  • DOI: 10.1063/1.4974791
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Doping effects of transition metal elements to titanium dioxide for perovskite solar cells (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Saito, A. Suzuki, T. Akiyama and T. Oku
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1807 ページ: 020010-1-5
  • DOI: 10.1063/1.4974792
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of perovskite-based CH3NH3Pb1-xAsxI3+xCly photovoltaic devices (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Hamatani, Y. Shirahata, Y. Ohishi, M. Fukaya, and T. Oku
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1807 ページ: 020012-1-9
  • DOI: 10.1063/1.4974794
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of Cl addition to Sb-doped perovskite-type CH3NH3PbI3 photovoltaic devices (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Oku, Y. Ohishi, A. Suzuki and Y. Miyazawa
  • 雑誌名: Metals 巻: 6 ページ: 147-1-13
  • DOI: 10.3390/met6070147
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of bismuth ferrite as an electron transport layer in perovskite photovoltaic devices (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shirahata, A. Suzuki and T. Oku
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 124 ページ: 602-605
  • DOI: 10.2109/jcersj2.15322
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Microstructures and optical properties of silicon spheres for solar cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shirahata, B. Zhang, T. Oku, Y. Kanamori and M. Murozono
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 57 ページ: 1082-1087
  • DOI: 10.2320/matertrans.M2016066
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Characterization and photovoltaic properties of BiFeO3 thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shirahata and T. Oku
  • 雑誌名: Coatings 巻: 6 ページ: 68-1-9
  • DOI: 10.3390/coatings6040068
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Fabrication and characterization of perovskite solar cells with TiO2 nanoparticle layers (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Oku, M. Kanayama, A. Suzuki, M. Yamada, H. Sakamoto, S. Minami, K. Kohno, and S. Miyauchi
  • 学会等名: The Irago Conference 2016, Abstract P58.
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2016-11-01 – 2016-11-02
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of metal element addition to perovskite-type photovoltaic devices (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Oku, Y. Ohishi, and A. Suzuki
  • 学会等名: The Irago Conference 2016, Abstract P71.
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2016-11-01 – 2016-11-02
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication, microstructures and photovoltaic properties of CH3NH3PbI3-based perovskite-type solar cells (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Oku, Y. Ohishi, A. Suzuki and Y. Miyazawa
  • 学会等名: 3rd International Conference on Nanotechnology, Nanomaterials & Thin Films for Energy Applications, ENR-104.
  • 発表場所: University of Liverpool, UK.
  • 年月日: 2016-07-27 – 2016-07-29
  • 国際学会
• [図書] Nanostructured Solar Cells, Edited by Narottam Das (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Oku, M. Zushi, K. Suzuki, Y. Ohishi, T. Matsumoto and A. Suzuki
  • 総ページ数: P. 217-243
  • 出版者: Intech
• [図書] Solar Cells and Energy Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeo Oku
  • 総ページ数: 250
  • 出版者: Walter De Gruyter Inc
• [図書] 光エネルギー科学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 奥 健夫
  • 総ページ数: 232
  • 出版者: 三恵社
• [備考] 滋賀県立大学工学部材料科学科エネルギー環境材料分野
  • URL: http://www.mat.usp.ac.jp/energy/index.html
• [産業財産権] 光電変換素子及びその製造方法 (2016)
  • 発明者名: 福西 佐季子、髙野 一史、奥 健夫、白幡 泰浩、鈴木 厚志
  • 権利者名: 大阪ガスケミカル株式会社、公立大学法人滋賀県立大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2016-238926
  • 出願年月日: 2016-12-09