Spectroscopic Study on Charge Carrier Dynamics in Perovskite Solar Cells

钙钛矿太阳能电池载流子动力学的光谱研究

基本信息

批准号：
20F20031
负责人：
大北英生
金额：
$ 1.47万
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：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-07-29 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究において取り組んだ研究としては大きく二つに大別される。一つ目は、混合カチオンペロブスカイト太陽電池においてしばしば観測される素子作製後に大気下での保存によって効率が向上する現象の機構解明である。二つ目は、パッシベージョン処理による電圧損失抑制効果を再結合機構の観点から明らかにすることである。一つ目の研究課題では、ペロブスカイト太陽電池の主な再結合損失機構をデバイス物理の観点から解析した。その結果、素子作製直後のエージング前は表面再結合が支配的であるのに対して、エージング後には表面再結合は抑制されバルク再結合が支配的にとなることを明らかにした。素子を構成する各材料の経時変化を詳しく調べたところ、ペロブスカイト層の特性変化は小さく、正孔輸送層であるspiro-OMeTADのHOMO準位が大きく変化することを見出した。このエネルギー準位の変化によりペロブスカイト層の価電子帯の準位との整合がエージングにより改善されることで表面再結合が抑制されたことを明らかにすることができた。二つ目の研究課題についても上述と同様の測定と解析を行った結果、パッシベーション処理を行った素子では、作製直後のエージング前の状態でも表面再結合が効果的に抑制されていることを明らかにした。さらに、ペロブスカイト層の経時変化について詳細に調べたところ、電子準位等の物性値には変化が見られないものの、トラップ密度はエージングにより減少することから、エージングにはペロブスカイト層のヒーリング効果もあることを実証した。湿度の無い環境下ではエージング効果が見られないことから大気下での湿度により欠陥が修復されるものと考えられる。以上の知見を踏まえて素子作製条件を最適化したところ、エネルギー変換効率22.2%を実現することができた。

在这项研究中进行的研究可以广泛分为两个主要类别。首先是阐明在混合阳离子钙钛矿太阳能电池中经常观察到的现象的机理，在设备制造后，由于大气中的储存效率提高，效率提高。第二个是阐明从重组机制的角度抑制钝化处理引起的电压损耗的影响。在第一个研究主题中，我们从设备物理学的角度分析了钙钛矿太阳能电池的主要重组损失机制。结果，可以发现在装置制造后立即衰老之前，表面重组占主导地位，而衰老后的表面重组占主导地位，并且在衰老后散装重组占主导地位。当我们检查构成设备的每种材料随时间的变化时，我们发现钙钛矿层的特征变化很小，并且孔传输层的同型螺旋 - 螺旋 - 元素均发生了显着变化。能量水平的这种变化已显示可通过衰老来改善钙钛矿层的价带水平的匹配，从而抑制表面重组。第二个研究主题也在与上述相同的测量和分析中进行，并揭示了经过钝化处理的元素即使在制造后立即衰老之前，也有效地抑制了表面重组。此外，当我们详细研究钙钛矿层的变化时，我们证明，尽管物理特性没有变化，例如电子水平，但随着衰老的衰老，陷阱密度降低，并且衰老也具有钙钛矿层的愈合作用。由于在没有湿度的环境中没有衰老作用，因此认为由于大气下的湿度，缺陷将被修复。基于上述发现，设备制造条件得到了优化，并以22.2％的速度实现了能量转换效率。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

シドニー大学/ニューサウスウェールズ大学(オーストラリア)

悉尼大学/新南威尔士大学（澳大利亚）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Elucidating Mechanisms behind Ambient Storage-Induced Efficiency Improvements in Perovskite Solar Cells

DOI：
10.1021/acsenergylett.0c02406
发表时间：
2021-02-15
期刊：
ACS ENERGY LETTERS
影响因子：
22
作者：
Cho, Yongyoon;Kim, Hyung Do;Ho-Baillie, Anita W. Y.
通讯作者：
Ho-Baillie, Anita W. Y.

Effects of Aging and Passivation on Charge Recombination in Perovskite Solar Cells

老化和钝化对钙钛矿太阳能电池电荷复合的影响

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yongyoon Cho;Hyung Do Kim;Hideo Ohkita
通讯作者：
Hideo Ohkita

ペロブスカイト太陽電池の常温熟成機構の解明

阐明钙钛矿太阳能电池的室温老化机制

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
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通讯作者：
大北英生