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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20F20031/
• 关键词: ペロブスカイト太陽電池; エージング; 正孔輸送剤; 酸化; HOMO準位; 表面再結合; バルク再結合; パッシベーション

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。

This study was conducted on the basis of the results of the study. A mechanism for explaining the phenomenon of high efficiency preservation of solar cells after cell fabrication is described. Second, the voltage loss suppression effect in the process of recombining the mechanism points. A research topic is to analyze the main recombination loss mechanism of solar cells. As a result, the surface recombination is dominated by the surface recombination after the formation of the element, and the surface recombination is inhibited after the formation of the element. The characteristics of each material are changed in detail, and the HOMO level of each material is changed in detail. The alignment of the electron layer is improved. The second research topic is to determine and analyze the results of the above-mentioned problems. The results of the analysis and analysis are as follows: In addition, the material properties such as temperature and electron level are changed in detail, and the material density is reduced. The humidity is not high enough to repair the damage. The above results show that the optimal operating conditions for the production process are 22.2%.

项目成果

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）

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

• 发表时间: 2020
• 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