Fundamental Chemical Research for Efficirnt Lead Free Perovskite Solar Cells

高效无铅钙钛矿太阳能电池的基础化学研究

• 批准号: 21H04699
• 负责人: 若宮 淳志
• 金额: $ 27.21万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04699/
• 关键词: ペロブスカイト半導体; 有機半導体; ペロブスカイト太陽電池; 鉛フリー; 電荷輸送生材料; Sn系ペロブスカイト半導体; 太陽電池; 界面パッシベーション; スズペロブスカイト; 鉛フリー化; 界面; 結晶成長制御; 薄膜; パッシベーション; 電荷回収層材料; Sn; 有機π電子系材料; 界面化学

Sn系ペロブスカイト太陽電池の高性能化を目指して、ペロブスカイト層の界面のパッシベーション技術開発に取り組んだ。Sn-Pb混合系ペロブスカイト層に対して、各電荷の回収効率の向上を志向してダイポールを発現するよう電子回収層側にはEDAI2、正孔回収層側にはGlyを選択的に構造修飾する手法を見出した。これにより、Snを含むペロブスカイト太陽電池として世界最高効率となる23.6%の光電変換効率を得ることに成功した。EDAI2を用いた表面処理技術はPb系およびSnペロブスカイト太陽電池にも適用でき、本手法がp-i-n構造をもつペロブスカイト太陽電池の高電圧化に高い一般性をもつことを示した。また、電子回収層側の表面処理技術として、ジアミンとフラーレンのカルボン酸誘導体を組み合わせた手法を開発し、その構造形成メカニズムの詳細を明らかにした。Sn系ペロブスカイト半導体の組成として、XサイトにBrを加えた際の光物性および太陽電池特性の効果について、系統的に調査した。さらに、Snペロブスカイト層の電子回収層材料として用いるICBAの塗布溶媒の種類と加熱条件を制御することにより、ICBA膜の電子状態（DOS）を制御することに成功し、Snペロブスカイト太陽電池において、1.0Vの開放電圧が得られることを見出した。p-i-n型構造のペロブスカイトに用いられる独自の正孔回収単分子材料として、PATATを開発し、これを用いることで高い光電変換効率と耐久性が得られることを見出した。また、これまでの成果に基づいて、Sn系ペロブスカイト太陽電池の高性能化に向けたアプローチをPerspective論文としてまとめて発表した（Commun. Mater. 2022, 3, 104. 、Precis. Chem. 2023, in press. ）。

High performance solar cell technology development of Sn based solar cell Sn-Pb mixed system: electron recovery layer, positive hole recovery layer, electron recovery layer, electron recovery layer The solar cell has the highest conversion efficiency in the world, 23.6%. EDAI2 uses surface treatment technology for Pb system, Sn system and solar cells. This method is applicable to p-i-n structure, high voltage solar cells and high voltage. The surface treatment technology of the electron recovery layer side is disclosed in detail. Investigation of the optical properties of Sn-based semiconductors and their effects on solar cell characteristics In addition, the electron recovery layer material of the Sn coating layer was successfully controlled by the type of coating solvent of ICBA and the heating condition. The electron state (DOS) of the ICBA film was successfully controlled by the Sn coating solvent of solar cell and the open discharge voltage of 1.0V. P-i-n structure is used in the development of molecular materials. The results of this research are as follows: (1) The development of solar cells with high performance and high performance is the main topic of this research. Mater. 2022, 3, 104.、Precis. Chem. 2023, in press.）。

项目成果

Oxford University(英国)

牛津大学（英国）

Helmholtz-Zentrum Berlin/Technische University Berlin(ドイツ)

柏林亥姆霍兹中心/柏林工业大学（德国）

Analysis of charge states and device degradation mechanisms in PEA-containing tin perovskite solar cells

含 PEA 的锡钙钛矿太阳能电池的电荷状态和器件退化机制分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Atsushi Sato;Seira Yamaguchi;Mayu Motohashi;Yihuang Wang;Tomoya Nakamura;Atsushi Wakamiya;Kazuhiro Marumoto
• 通讯作者: Kazuhiro Marumoto

ペロブスカイト太陽電池の化学とその実用化： エネルギーの未来を変える！

钙钛矿太阳能电池的化学及其实际应用：改变能源的未来！

• 发表时间: 2023
• 作者: Richard Murdey;Yasuhisa Ishikura;Yuko Matsushige;Shuaifeng Hu;Jorge Pascual;Minh Anh Truong;Tomoya Nakamura;Atsushi Wakamiya;若宮 淳志;中村 智也・若宮 淳志;若宮 淳志;若宮 淳志;中村 智也・若宮 淳志;中村 智也・若宮 淳志;若宮 淳志
• 通讯作者: 若宮 淳志

Systematic Investigations on Properties of Bromide-Containing Tin Perovskites

含溴化锡钙钛矿性能的系统研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomoya Nakamura;Kento Otsuka;Shuaifeng Hu;Ruito Hashimoto;Tarou Morishita;Taketo Handa;Takumi Yamada;Minh Anh Truong;Richard Murdey;Yoshihiko Kanemitsu;Atsushi Wakamiya
• 通讯作者: Atsushi Wakamiya