2019 Fiscal Year Research-status Report
Direction toward high-efficiency Sn perovskite solar cells analyzed by impedance
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19KK0143
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2022-03-31
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| Keywords | ペロブスカイト / 太陽電池 / Sn / インピーダンス / 高効率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目標はSn系ペロブスカイト(PVK)太陽電池のキャリアダイナミックス、PVK結晶内、粒界を含めた電荷トラップ密度、光照射時の電荷蓄積層のキャリア密度、光未照射時でのキャリア密度を見積もること、およびPb-PVK, SnPbPVK、Sn-ペロブスカイト太陽電池のそれらを比較し、Sn比率が多くなるに伴って効率が低下する原因を探り、Sn-PVK太陽電池の高効率化指針を提案することである。Pb-PVK太陽電池では順構造のほうが逆構造よりも高い効率が得られている。しかしSn-PVK太陽電池では逆構造が順構造よりも高い効率が得られる。これは順構造のチタニア/Sn-PVK界面で電荷トラップが形成されるためである。高効率Sn-PVK太陽電池は透明導電膜/p型半導体/Sn-PVK/n型半導体からなる。p型半導体としてPEDOT-PSSが一般的であるが、熱安定性の面からはNiOが有利である。それぞれの太陽電池特性を比較したところ、短絡電流はほぼ同じであるが後者の開放電圧、FFが大きく低下した。Sn-PVK太陽電池の電荷寿命を比較したところ、前者は８ミクロ秒であるのに対して後者は２．１ミクロ秒であり、後者の界面で電荷再結合センタが多いと考えられた。n型であるチタニア、p型であるNiOともSn-PVKとの界面に電荷再結合中心が生成しやすく酸化物半導体/Sn-PVK界面は避けるほうが好ましいという結論を得た。また、スペインサイドからの助言により、粒界パッシベーション前後のインピーダンスを測定することにより、粒界パッシベーションはSn-PVKの電荷再結合時間を長くし、拡散係数を大きくすること、およびその結果として、電荷拡散長が長くなり、電荷収集効率が向上するなどの結果を得ることができ、粒界パッシベーションの有効性をインピーダンス解析で実証できた
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナ拡散防止の影響で、2月に予定していたスペインへの渡航、およびスペインでの共同研究を実施することができず、スペインでの実験については進捗が遅れている。 一方、日本側で作製、測定した結果をスペイン側とWEB会議してサポートしてもらうなどの方法で、遅れを一部取り戻している。
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| Strategy for Future Research Activity |
国際共同研究によりキャリアダイナミックス、ペロブスカイト結晶内、ペロブスカイト粒界を含めた電荷トラップ密度、光照射時の電荷蓄積層のキャリア密度、光未照射時でのキャリア密度を見積もる。Pb-ペロブスカイト, SnPb混合金属ペロブスカイト、Sn-ペロブスカイト太陽電池のそれらを比較し、Sn比率が多くなるに伴って効率が低下する原因を探り、Snペロブスカイト太陽電池の高効率化指針を提案する。
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| Causes of Carryover |
2020年2月にスペインに滞在し、共同研究を実施する予定になっていたが、コロナ禍の影響により、スペインでへの出張ができなかった。スペインでの共同実験が実施できなかったため、研究費を繰り越した。今年度はWEB会議を通じて、実験の助言等を受け、できるだけ日本で実験を実施した。しかし、スペインでの共同実験が必須のため、時期を見てスペインへの出張を予定している。
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