Development of Semiconductor Materials for Highly Efficient Tin-based Perovskite Solar Cells

高效锡基钙钛矿太阳能电池半导体材料的开发

• 批准号: 21J14762
• 负责人: Hu Shuaifeng
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J14762/
• 关键词: ペロブスカイト; パッシベーション; 表面化学; 太陽電池; 電荷回収

Sn-Pb系ペロブスカイト太陽電池の高性能化を目指し、独自に開発したペロブスカイト層の表面パッシベーションの効果とそのメカニズムの詳細を明らかにした。ペロブスカイト層の上下表面の構造修飾法として、表面をEDAI2、下面をグリシン塩酸塩で選択的に構造修飾する手法を考案し、それぞれ電子と正孔の取り出しの観点から、適したダイポールを持たせたこれらのパッシベーションが有効に作用し、理論限界に迫る高い開放電圧を得るとともに、Snを含むペロブスカイト太陽電池としても世界最高値である23.6%の光電変換効率を達成した。さらに、一連のジアミンやフラーレンのカルボン酸誘導体を用いたパッシベーション法が、溶液でプロトン移動しながら、選択的にSn-Pbペロブスカイト界面を構造修飾するメカニズムについて、各種先端分光法と理論計算の結果と合わせて明らかにした。具体的には、ペロブスカイト薄膜の表面をピペラジン（PP）などのジアミンで処理することで、表面でのプロトン移動反応によりジアンモニウムで構造修飾することが可能であり、さらにフラーレンのトリカルボン酸誘導体（CPTA）を塗布することで、ペロブスカイト薄膜表面のスズ上に選択的に配位結合できることを見出した。これらを組み合わせた相乗的表面修飾法により、Snを含むペロブスカイト太陽電池で22.7%の光電変換効率を達成するとともに、窒素ガス雰囲気下で>2000時間、空気中でも>450 時間でも90%以上の出力を保つ高い耐久性を実現した。これらの成果は、論文発表後1年未満でhot paper （Top0.1%高被引用論文）として取り上げられるなど、ペロブスカイト太陽電池の高性能化に対する手法の新潮流を生み出したものとして、国内外で注目を集めている。

Sn, Pb is ペ ロ ブ ス カ イ ト solar cell の high-performance を refers し, alone に 発 し た ペ ロ ブ ス カ イ の ト layer surface パ ッ シ ベ ー シ ョ ン の unseen fruit と そ の メ カ ニ ズ ム の detailed を Ming ら か に し た. ペ ロ ブ ス カ イ ト layer の の structure and surface modification method と し て, surface を EDAI2, below を グ リ シ ン salt acid salt で sentaku に structure modification す る し を test case, そ れ ぞ れ electronic と hole is の take り out し の 観 point か ら, optimal し た ダ イ ポ ー ル を hold た せ た こ れ ら の パ ッ シ ベ ー シ ョ ン が have sharper に し, theoretical limit に forced る High い open electric 圧 を have る と と も に, Sn を む ペ ロ ブ ス カ イ ト solar cell と し て も on the world's highest numerical で あ る を の photoelectric - in sharper rate reached 23.6% し た. さ ら に, for の ジ ア ミ ン や フ ラ ー レ ン の カ ル ボ ン acid induced body を with い た パ ッ シ ベ ー シ ョ が ン method, solution で プ ロ ト ン mobile し な が ら, sentaku に Sn - Pb ペ ロ ブ ス カ イ を ト interface structure modification す る メ カ ニ ズ ム に つ い て, all kinds of apex spectrometry と の theoretical calculation result と わ せ て Ming ら か に し た. Specific に は, ペ ロ ブ ス カ イ の ト film surface を ピ ペ ラ ジ ン (PP) な ど の ジ ア ミ ン で 処 Richard す る こ と で, surface で の プ ロ ト ン mobile anti 応 に よ り ジ ア ン モ ニ ウ ム で structure modification す る こ と が may で あ り, さ ら に フ ラ ー レ ン の ト リ カ ル ボ ン acid induced body (CPTA) を coated す る こ と で, ペ ロ ブ ス On カ イ ト membrane surface の ス ズ に sentaku に coordination combined で き る こ と を see out し た. こ れ ら を group み close わ せ た phase 乗 surface modification method に よ り, Sn を む ペ ロ ブ ス カ イ ト solar cell で を の photoelectric - in sharper rate reach 22.7% す る と と も に, smothering ガ ス 雰 囲 気 under で > 2000 time, empty 気 で も > 450 time で も 90% の high output を bartender つ い durability を be presently し た. は こ れ ら の achievements, the thesis 発 table after 1 year not against で hot paper (Top0.1% highly cited papers) と し て take on り げ ら れ る な ど, ペ ロ ブ ス カ イ ト solar cell の high-performance に す seaborne る gimmick の new trend を raw み out し た も の と し て で attention both at home and abroad を set め て い る.

项目成果

University of Oxford(英国)

牛津大学（英国）

Understanding the Surface Characteristics of Tin-lead Perovskites

了解锡铅钙钛矿的表面特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Shuaifeng Hu;Pei Zhao;Kyohei Nakano;Robert D. J. Oliver;Jorge Pascual;Joel A. Smith;Takumi Yamada;Minh Anh Truong;Richard Murdey;Nobutaka Shioya;Takeshi Hasegawa;Masahiro Ehara;Michael B. Johnston;Keisuke Tajima;Yoshihiko Kanemitsu;Henry J.
• 通讯作者: Henry J.

Efficient Mixed Tin-Lead Perovskite Solar Cells: Effects of Ammonium-Headed Surfactant

高效混合锡铅钙钛矿太阳能电池：铵头表面活性剂的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Banno;A.;Yamamoto;M.;Mijiti;M.;Takeuchi;A.;Ye;Y.;Oda;N.;Nishino;N.;Ebihara;A.; Nagaoka;S.:;Shuaifeng Hu
• 通讯作者: Shuaifeng Hu

Long-term stability of Pb-free Sn-based PSCs

无铅锡基 PSC 的长期稳定性

BAr2‐bridged Azafulvene Dimers with Tunable Energy Levels for Photostable Near‐infrared Dyes

用于光稳定近红外染料的具有可调能级的 BAr2 桥联氮杂富烯二聚体

• DOI: 10.1002/chem.202300529
• 发表时间: 2023
• 期刊: Chemistry-A European Journal
• 影响因子: 4.3
• 作者: Tan Tiancheng;Nakamura Tomoya;Murdey Richard;Hu Shuaifeng;Truong Minh Anh;Wakamiya Atsushi
• 通讯作者: Wakamiya Atsushi