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

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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。