Efficiency and durability enhancement of lead-free and high dimension perovskite solar cells

无铅高尺寸钙钛矿太阳能电池的效率和耐用性增强

• 批准号: 19H00916
• 负责人: 宮坂 力
• 金额: $ 28.87万
• 依托单位: Toin University of Yokohama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H00916/
• 关键词: ペロブスカイト; 鉛フリー; 光電変換; 太陽電池; 変換効率; ビスマス; ペロブスカイト太陽電池

本基盤Ａの研究は、併願していた基盤Ｓの研究が採択されて本研究の内容を基盤Ｓに移行したことから、2019年4月から6月までの3か月間の短い期間で終了した。研究の目的は非鉛系ペロブスカイトの三次元結晶材料を合成してその光電変換特性を高めるための結晶の材料設計ならびに結晶薄膜の成膜方法を調べることであり、本研究では、有機基を含まない全無機組成からなる非鉛系ペロブスカイト材料を用いる方法で、耐熱性に優れる光電変換材料を創製する実験を進めた。まず、ビスマス(Bi)系ペロブスカイト材料の結晶薄膜の質を高める目的で、材料の溶液製膜工程で用いる溶媒を高沸点系溶媒混合物にすることで結晶成長を制御し、Bi系結晶が作る薄膜のモルホロジーをピンホールのない緻密で平坦な層構造とする改良を行った。この結果、耐熱性に優れるABi2I9組成（Aは１価カチオン）の三次元ペロブスカイト結晶が得られ、これを太陽電池に用いることで光電変換の効率を当初の2.1%から3%近くまで高めることができた。さらに結晶格子中のAサイトをCsとRb等に置き換えて、ハロゲンを混合ハロゲンとする組成変換によって、結晶の物性を高める可能性を検討した。一方で、鉛系ペロブスカイトについては、鉛含有量を低減するために鉛の一部をゲルマニウム(Ge)に置き換える合成を行った。ここで合成原料のGe前駆体が有機溶媒に難溶な問題が生じたが、ヨウ化メチルアンモニウムをGe前駆体に混合することによって可溶化できることを見出した。この方法でGeドープ型鉛ペロブスカイトを合成して、太陽電池素子の光電変換特性の評価を行った結果、ペロブスカイトの保存安定性が高まると同時に素子の変換効率が23%以上まで高まることを確認した。以上の知見をもとに全無機組成と鉛フリー組成のペロブスカイトを用いる光電変換素子の特徴をまとめた論文を総説として出版した。

The study of this base A was completed in April and June 2019. The study of this base S was completed in April and June 2019. The purpose of this research is to synthesize non-lead-based three-dimensional crystalline materials and improve their photoelectric conversion characteristics. The purpose of this research is to design crystalline materials and adjust the film formation method of crystalline thin films. This research is to develop methods for using non-lead-based crystalline materials that contain organic bases and are not organic, and to create photoelectric conversion materials with excellent heat resistance. For the purpose of improving the quality of crystalline thin films made of Bi-based materials, the solvent used in solution film making engineering of materials, the solvent mixture with high boiling point, the control of crystal growth, and the improvement of dense and flat layer structure of Bi-based crystalline thin films. As a result, heat resistance is excellent, ABi2I9 composition (A = 1) is excellent, and the three-dimensional crystal structure is excellent. The photoelectric conversion efficiency of solar cells is 2.1% to 3% at the beginning. The possibility of A crystal lattice change is discussed. One side, lead system, lead content, lead The Ge precursor of this synthetic raw material is insoluble in organic solvents. This method was used to evaluate the photoelectric conversion characteristics of solar cells. The storage stability of solar cells was high. At the same time, the conversion rate of solar cells was high. The characteristics of photoelectric conversion elements are discussed in this paper.

项目成果

Current progress and next challenge of perovskite photovoltaics towards industrialization

钙钛矿光伏产业化的现状与挑战

• 发表时间: 2019
• 作者: Munakata;R.;Olry;A.;Takemura;T.;Tatsumi;K.;Ichino;T.;Villard;C.;Kageyama;J.;Kurata;T.;Nakayasu;M.;Jacob;F.;Koeduka;T.;Yamamoto;H.;Moriyoshi;E.;Matsukawa;T.;Grosjean;J.;Krieger;C.;Sugiyama;A.;Mizutani;M.;Bourgaud;F.;He;K. Tamada;宮坂 力
• 通讯作者: 宮坂 力

Performance deterioration and stability Issues with organic-inorganic hybrid and all-inorganic perovskite solar cells

有机-无机杂化和全无机钙钛矿太阳能电池的性能恶化和稳定性问题

• 发表时间: 2019
• 作者: A. K. Jena;宮坂 力
• 通讯作者: 宮坂 力

Present status and next important challenge of perovskite photovoltaics towards industrialization

钙钛矿光伏产业化的现状及下一步重要挑战

• 发表时间: 2019
• 作者: Yamamoto Hirobumi;Tsukahara Mika;Yamano Yumiko;Wada Akimori;Yazaki Kazufumi;宮坂 力;宮坂 力
• 通讯作者: 宮坂 力

Focusing key directions of perovskite photovoltaic R&Ds towards industrialization

聚焦钙钛矿光伏R重点方向

• 发表时间: 2019
• 作者: Yamamoto Hirobumi;Tsukahara Mika;Yamano Yumiko;Wada Akimori;Yazaki Kazufumi;宮坂 力
• 通讯作者: 宮坂 力

桐蔭横浜大学・宮坂研究室、論文・学会発表

横滨东阴大学宫坂实验室、论文和会议演讲