希土類元素導入ペロブスカイト系太陽電池の最適組成の理論的探索と導入効果の検証

ハロゲン化鉛系ペロブスカイト太陽電池は、従来の太陽電池よりも優れた開放電圧、高い光電変換効率を有しているが、長期安定性に乏しく、実用化する上で光活性層であるペロブスカイト結晶の劣化抑制や界面の構造最適化や電子構造制御を行い、性能向上が求められている。本研究は、希土類元素の導入により長期安定性かつ高性能なペロブスカイト太陽電池の開発を行うことを目的とする。光活性層であるペロブスカイト結晶の電子構造解析から性能を予測し、光起電力特性、表面形態の観察や結晶構造解析から性能評価を行った。希土類元素 (Eu, Gd, Nd) やハロゲン化アンモニウム化合物の導入により光活性層の劣化を抑制しながら性能向上と長期安定化を行った。第一原理計算法により価電子帯、伝導帯付近のバンド構造から有効質量やバンドギャップEgを予測し、キャリア移動や開放電圧の改善を予想した。希土類元素のd軌道と配位子のp軌道の重なりから電荷移動の促進が予想され、Eu, Gd導入によりキャリア移動や電荷移動、短絡電流密度が改善し、変換効率が上昇することを予測した。分子動力学計算によりペロブスカイト結晶の熱力学的安定性や分子運動性を検討した。希土類元素 (Eu, Gd) 導入により安定性が向上し、有機カチオン脱離による分解を抑制することを予測した。Eu, Gdの酸化還元反応やシラン化合物およびフタロシアニン錯体の導入により光活性層の劣化を改善しながら性能向上と長期安定化を行った。希土類元素導入ペロブスカイト結晶の材料設計および性能予測により長期安定性かつ高性能なペロブスカイト太陽電池の開発が可能となった。

ハロゲン化鉛系ペロブスカイト太陽電池は、従来の太陽電池よりも優れた開放電圧、高い光電変換効率を有しているが、長期安定性に乏しく、実用化する上で光活性層であるペロブスカイト結晶の劣化抑制や界面の構造最適化や電子構造制御を行い、性能向上が求められている。本研究は、希土類元素の導入により長期安定性かつ高性能なペロブスカイト太陽電池の開発を行うことを目的とする。光活性層であるペロブスカイト結晶の電子構造解析から性能を予測し、光起電力特性、表面形態の観察や結晶構造解析から性能評価を行った。希土類元素 (Eu, Gd, Nd) やハロゲン化アンモニウム化合物の導入により光活性層の劣化を抑制しながら性能向上と長期安定化を行った。第一原理計算法により価電子帯、伝導帯付近のバンド構造から有効質量やバンドギャップEgを予測し、キャリア移動や開放電圧の改善を予想した。希土類元素のd軌道と配位子のp軌道の重なりから電荷移動の促進が予想され、Eu, Gd導入によりキャリア移動や電荷移動、短絡電流密度が改善し、変換効率が上昇することを予測した。分子動力学計算によりペロブスカイト結晶の熱力学的安定性や分子運動性を検討した。希土類元素 (Eu, Gd) 導入により安定性が向上し、有機カチオン脱離による分解を抑制することを予測した。Eu, Gdの酸化還元反応やシラン化合物およびフタロシアニン錯体の導入により光活性層の劣化を改善しながら性能向上と長期安定化を行った。希土類元素導入ペロブスカイト結晶の材料設計および性能予測により長期安定性かつ高性能なペロブスカイト太陽電池の開発が可能となった。