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。

从2019年4月到2019年6月的短时间内完成了基础A的研究，该研究也已应用于基础S的研究，并将这项研究的内容转移到基金会S。该研究的目的是调查晶体材料的设计以合成三维晶体材料的设计三维晶体材料的铅含量perovskites的属性，以形成晶体薄膜的方法，以增强晶体层的形式。在这项研究中，我们进行了一项实验，通过使用一种无​​铅的钙钛矿材料，其具有完全无机组成的方法来创建具有出色耐热性的光电转换材料，该材料不包含有机基团。首先，为了提高基于鞭毛的钙钛矿材料的晶体薄膜的质量，通过使用高沸点溶剂混合物来控制晶体生长，因为在材料的溶液膜形成过程中使用的溶剂使用的溶剂和由BI基晶体产生的薄膜的形态具有改进的薄膜，使其改进了固定层，不具有浓密的平面层。结果，获得了具有出色耐热性的三维钙钛矿晶体（A是单价阳离子），通过在太阳能电池中使用它，光电转换效率可以从最初的2.1％提高到近3％。此外，检查了使用CS和RB中晶体晶格中的A位点增加晶体的物理性能的可能性，并检查了将卤素的组成转化为混合卤素的组成。另一方面，对于基于铅的钙钛矿，进行了合成，其中一部分铅被胶锗（GE）代替，以减少铅含量。在这里，尽管出现的问题是，一种合成原料的GE前体很难溶于有机溶剂中，但已经发现可以通过将碘化甲基铵与GE前体混合来溶解。使用该方法合成了掺杂的掺杂铅钙钛矿，并评估了太阳能电池元件的光电转化特性，因此，证实了钙钛矿的存储稳定性增加，而该元件的转换效率则提高到23％或更多。基于上述发现，一份综述论文汇总了使用所有无机作品的钙晶体和无铅构图的光电转换设备的特征。

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

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

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

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