ペロブスカイト太陽電池の高性能化研究

钙钛矿太阳能电池性能提升研究

基本信息

批准号：
16F16714
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：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-07-27 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度のシミュレーションによって得られた、ヒステリシスを減少させデバイス性能を向上させるための知見から、ペロブスカイト/ TiO2界面における伝導帯オフセットを減少させることおよび、TiO2内のトラップ密度を減少させることの２点に注目して研究を進めた。伝導帯オフセットの影響を調べるにあたっては、組成の異なる６種類のペロブスカイトを用いた。TiO2内のトラップの影響を調べるにあたっては、TiO2の欠陥を不動態化することが知られている塩素原子をTiO2内に組み込む新しい手法を開発した。塩素を取り込んだアモルファスTiO2を用いることで、従来のアナターゼTiO2よりも高い、16%に近い効率が得られた。この結果は、XPS測定によって確認されたTiO2層中の塩素の存在に起因すると考えられるが、さらなる解析が必要である。ヒステリシスに関しては、異なる傾向が観測された。まず、カリウム含有ペロブスカイトが非常に低いヒステリシスを示したが、これはペロブスカイト層の欠陥密度の低下に起因していることが近年示された。また、他のペロブスカイトについては、伝導帯エネルギーが浅くなるに従ってヒステリシスが減少する傾向がみられた。セシウム含有ペロブスカイトに関してはこの傾向は見られなかった。欠陥密度の増加に起因していると考えられるが、詳しい解析の余地が残されている。これらの実験結果は、SILVACOソフトウェアを用いたシミュレーションの結果と一致し、ペロブスカイトの伝導帯位置およびTiO2のトラップ密度がヒステリシスおよびデバイス性能に重要な役割を果たすことが実験的に示された。TiO2の作成レシピを最適化することにより、平面構造のPSCにおいてヒステリシスなしで19%以上の変換効率を得ることができ、多孔質構造を用いずに低温プロセス(200℃)でヒステリシスを抑制するという目的を達成した。

基于从上一年的模拟中获得的发现，以减少磁滞并改善设备的性能，我们进行了研究的研究，重点是：减少钙钛矿/TiO2界面处的传导带的抵消，并降低TIO2内的陷阱密度。为了研究传导带偏移的效果，使用了六种具有不同组成的钙棍。在研究TIO2陷阱的效果时，我们开发了一种新方法，该方法掺入了TiO2中已知的氯原子（已知在TIO2中钝化缺陷）。通过使用掺有氯的无定形TIO2，获得了近16％的效率，该效率高于常规氧化酶TiO2的效率。如XPS测量所证实的那样，该结果被认为归因于TIO2层中氯的存在，但需要进一步分析。观察到磁滞的不同趋势。首先，含有钾的钙钛矿表现出非常低的滞后作用，最近已证明这归因于钙钛矿层中缺陷密度降低。此外，对于其他钙钛矿，随着传导带能量变得更浅，滞后趋于减小。对于含剖宫的钙钛矿未观察到这种趋势。人们认为，这是由于缺陷密度增加，但仍有详细分析的空间。这些实验结果与使用SILVACO软件的模拟结果一致，并在实验上证明了钙钛矿的传导带位置和TIO2的陷阱密度在滞后和设备性能中起重要作用。通过优化TIO2制备配方，可以在平面PSC中获得19％或以上的转化效率，而无需磁滞，实现了在低温过程（200°C）中抑制滞后的目标，而无需使用多孔结构。