Efficiency and durability enhancement of solar cells using lead-free high dimensional halide perovskite materials

点击翻译按钮获取中文摘要

環境に無害な無鉛組成のペロブスカイト並びにペロブスカイト類似材料の三次元結晶を溶液晶析法と気相法(真空蒸着法）の2つの方法で成膜し、光物性と光電変換特性を調べる研究を進めた。溶液成膜法においては、Ag2BiI5多結晶膜を用いるセルの光電変換特性を改善して、出力電圧を約1V（Ag-Bi系としてはこれまで報告される最高値）まで高めることができた(論文出版)。素子作製においては、光学的に透明な厚み100nm程度の薄い発電層を使っても変換効率を屋内照明下で5％以上に高めることができ、このAg2BiI5素子については屋内用光発電へ応用する可能性が見えてきた。またイオウを組成に含む低バンドギャップ（約1.2eV）を特徴とするAgBiS2の薄膜も合成してセルを試作し光電変換特性を評価したが、出力電圧が0.5V以下と低くセル構造と作製条件の再検討を進めている。真空蒸着法においては、中心金属にスズ(Sn)2価を含むCsSnBr3を成膜した。素子作製ではPEDOT:PSSをホール輸送層、PCBMを電子輸送層に用いた逆構造セルを作製してその性能評価をおこなった。光電特性はまだ低いが、XPSによって表面のSnの酸化状態を調べた結果、ZnをドープしたCsZnxSnBr3の薄膜ではSn(II) の酸化が相当程度抑えられる効果がわかった。以上の研究を進める中で、実用化開発に向けて、本研究の無鉛ペロブスカイト太陽電池を産業化につなげたいと希望するメーカーとしてシチズン時計株式会社が研究協力に加わった。これまでの薄膜シリコン光発電素子を、上記のAg-Bi系材料に置き換えたソーラーウォッチを開発することを目標に、コストを含めた生産技術の検討に入った。