Fundamental Chemical Research for Efficirnt Lead Free Perovskite Solar Cells

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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. ）。