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Simplified device structures without charge transport layers for low-cost perovskite solar cells

用于低成本钙钛矿太阳能电池的无电荷传输层的简化器件结构

基本信息

批准号：
21K04684
负责人：
迫村勝
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和４年度は前年度に引き続き、ITO透明アノード電極上への自己組織化膜（SAM）及びペロブスカイト膜の形成条件の検討を行い、ペロブスカイト太陽電池に適した結晶状態を有するペロブスカイト膜をSAM修飾ITO表面上に形成することに成功した。末端基にNH2を有するシラン化合物として前年度は3-(2-Aminoethylamino)propyltrimethoxysilane（AEAPTS）を用いたが、今回は鎖長が短く-NH-を含まない3-Aminopropyltrimethoxyxilane（APTS）を用いてSAM形成を試みた。SAM形成後の表面電位変化についてケルビンプローブ顕微鏡（KFM）を用いて測定した結果、APTS修飾ITO電極の仕事関数は約4.45 eVと見積もられた。続いてSAM末端基を酸処理してNH3+とした後、KFM測定を行ったところ、APTS修飾ITOの仕事関数は4.76 eVまで増加した。これはAEAPTS修飾ITOを上回る結果であり、APTS修飾ITO電極をデバイスに用いることで太陽電池を効率良く機能させるために十分な大きさの内蔵電場が得られることが示された。このようにして得られたAPTS修飾ITO上ではアモルファス状構造のヨウ化鉛膜がスピンコート形成された。このことはSAMのNH3+末端とヨウ化鉛との強い相互作用を示唆している。一方、ヨウ化鉛とヨウ化メチルアンモニウムを混合した前駆体溶液によるスピンコートを行ったところAPTS修飾ITO表面上に均一な結晶構造のペロブスカイト膜を形成することに成功した。以上の結果からSAM末端基との相互作用でペロブスカイト層を電極にアンカーし、なおかつ良好な結晶状態の膜が得られていることが示唆された。今後はペロブスカイト膜の製膜条件のさらなる最適化とこれを用いた太陽電池デバイス化について引き続き検討を行う。

In 2010 and 2014, the formation conditions of self-organized film (SAM) and transparent film on ITO electrode were discussed, and the formation of SAM on ITO surface was successfully carried out. The terminal group NH2 has been used in the formation of SAM in the past year and in the present year, 3-(2-Aminoethylamino)propyltrimethoxysilane (AEAPTS) has been used in the formation of SAM. The surface potential change after SAM formation was measured by KFM, and the surface potential of APTS modified ITO electrode was about 4.45 eV. After the SAM terminal acid treatment, the KFM measurement was carried out and the APTS modified ITO was increased to 4.76 eV. AEAPTS modified ITO electrode is used to improve the efficiency of solar cells The APTS modified ITO layer has a thin film structure. The strong interaction between the NH3+ terminal and the SAM is revealed. A uniform crystalline structure was successfully formed on the surface of ITO by mixing the precursor solution and APTS. As a result, the SAM terminal groups interact with each other, and the film in a good crystalline state is obtained. In the future, the optimization of film formation conditions for solar cells will be discussed.