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有機系太陽電池の高性能化を目指した固体電解質の探索とナノハイブリッド構造の構築

探索固体电解质和构建纳米混合结构，旨在提高有机太阳能电池的性能

基本信息

批准号：
12F02799
负责人：
瀬川浩司
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2014
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02799/
关键词：
有機系太陽電池ペロブスカイト太陽電池平面積層型構造緻密酸化チタン膜有機金属ハロゲン化物ペロブスカイト結晶ペロブスカイト層湿度制御全固体色素増感太陽電池酸化チタンメソ多孔体太陽電池固体電解質有機色素金属ナノ多孔体

项目摘要

近年、注目が高まっているペロブスカイト太陽電池の高性能化を目的に研究を行った。本研究において、特筆すべき業績としては、ペロブスカイト太陽電池の高効率化の新しい方向性を見出したことである。ペロブスカイト太陽電池は、スピンコートなどの溶液プロセスにより簡便な設備で作製できることに加え、エネルギー変換効率としても15%以上の値が報告されるなど、有機系太陽電池のみならず、無機系太陽電池の研究者を含め、世界規模で注目が高まっている。しかしながら高効率な太陽電池を再現性良く安定的に作製することが、一つの重要課題となっている。ペロブスカイト太陽電池は、透明導電性ガラス上の酸化チタンや酸化アルミなどの金属酸化物メソ多孔体にペロブスカイト型有機金属化合物を充填積層した後に、正孔輸送層を形成し、上面電極として金電極を蒸着した構造が、代表的な太陽電池構成の一つである。この時、複雑な細孔形状を有するメソ多孔体への均質なペロブスカイト型有機金属化合物層の形成が、高性能な太陽電池を作製するための一つ重要な鍵となる。本申請者は、有機金属ハロゲン化物ペロブスカイト結晶(CH3NH3Pb3-xClx)を用い、酸化チタンメソ多孔体の代わりに、緻密な酸化チタン膜を用いた平面積層型構造としたペロブスカイト太陽電池による高性能化を試みた。セル作製雰囲気の湿度を制御し、構成材料の膜厚や積層方法を種々検討することにより、高い被覆率でペロブスカイト層を酸化チタン上に形成できることを見出した。その結果として、単純なセル構造にも関わらず17.3%(Jsc=23.5 mA/cm2, Voc=1.05 V, FF=70%)と世界最高水準に相当するエネルギー変換効率を得ている。一連の研究成果は、国際的に強い影響力のある学術論文に投稿を行った。また、太陽光発電に関わる世界最大の国際会議の一つであるWCPEC-6(6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion、京都国際会館、2014年11月24日～27日)において、特に優秀な発表を行った若手研究者に与えられるYoung Awardを受賞した。

In recent years, attention has been paid to the development of high performance solar cells. In this study, the new directionality of solar cells with high efficiency has been found in the performance of solar cells. Solar cells are easy to manufacture and have a conversion efficiency of more than 15%. Organic solar cells and inorganic solar cells are highly regarded worldwide. A high efficiency solar cell with good reproducibility and stability is an important issue. After the formation of the positive pore transport layer, the upper electrode and the gold electrode, the typical solar cell structure, the transparent conductive metal oxide layer and the porous material filled with the organic metal compound are formed. The formation of homogeneous organic metal compound layers in porous materials and the formation of high-performance solar cells are important factors for the formation of porous materials with fine pore shapes. The present applicant is trying to improve the performance of the organic metal compound (CH3NH3Pb3-xClx) by replacing it with a dense acidified film. The humidity control of the film layer, the film thickness of the constituent material, and the method of forming the film layer are discussed. As a result, the conversion efficiency of pure and pure structure was 17.3%(Jsc=23.5 mA/cm2, Voc=1.05 V, FF=70%), which is equivalent to the highest level in the world. A series of research results, international influence and academic papers WCPEC-6(6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Kyoto International Hall, November 24 - 27, 2014) was awarded the Young Award for outstanding development.