量子ビームの相補利用によるスズ系ペロブスカイトの欠陥構造の解明

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有機無機ペロブスカイト化合物を太陽電池の光吸収層に使用したペロブスカイト太陽電池は、光電変換効率が25.7 %と従来のSi系太陽電池に匹敵する値を達成しており、次世代の太陽電池として注目されている。高効率なペロブスカイト太陽電池は鉛ベースのペロブスカイトを使用しているため、鉛の毒性が問題視されることからスズベースのペロブスカイトが代替材料として期待されている。しかし、スズが大気中で酸化されやすいことによる不安定性が原因となり、変換効率は鉛ベースのペロブスカイト太陽電池を下回っている。スズペロブスカイトの欠陥について詳しく調べることは、欠陥抑制への知見を深めることにつながる。これまでにSn-PVK合成法の検討を行い、XRDやSEMを用いた試料評価により結晶性の良いSn-PVKの作成方法を確立した。2年目に研究代表者は異動のため、実験装置、並列計算機の移設を余儀なくされたが、本研究課題の研究費支援のおかげで迅速に研究環境の再構築を行うことができた。そこで本年度は、第一原理計算およびX線吸収微細構造（XAFS）を利用して、スズペロブスカイトの欠陥について調査することを目的とした。化学式ABX3で表されるペロブスカイト構造において、AサイトはCH3NH3+（MA+)、BサイトはSn2+、XサイトはCl-、Br-、I-で、それぞれ全置換した構造における欠陥形成エネルギーを第一原理計算により求めた。また、物質の局所構造についての情報が得られるXAFSの測定、およびX線吸収端近傍構造(XANES）の理論計算を行い、Xサイトをそれぞれ全置換したペロブスカイトについて局所構造解析を行った。