有機無機ペロブスカイト太陽電池のプロセス探索に向けた塗布乾燥その場観察

涂覆和干燥的原位观察用于有机-无机钙钛矿太阳能电池的工艺探索

• 批准号: 22K04959
• 负责人: 吉田 郵司
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04959/
• 关键词: ペロブスカイト太陽電池; 結晶構造; 前駆体; 塗布乾燥過程; X線回折; その場観察; 放射光X線回折; 結晶成長

本年度は、予備的に行ってきた実験データの解析と今後の実験計画への反映を行った。SPrin-8で行ったＸ線回折のその場観察により、シングルカチオンのペロブスカイト（MAPbI4）の溶液塗布乾燥での結晶成長に関して、ガスブロー乾燥における前駆体結晶の形成から熱アニーリングによるペロブスカイト結晶への転換までの詳細な解析を行った。その結果、前駆体結晶が基板に対して配向していることを確認した。この前駆体結晶の配向が、太陽電池において重要な平滑性な膜形成と高品質なペロブスカイト結晶膜への転換を可能にしていることを明らかにした。本解析結果に関しては、前駆体結晶の配向の重要性を示す論文として投稿予定である。また次のステップとして、高効率太陽電池で用いられているトリプルカチオン（MA、FA、Cs）での塗布乾燥過程を観察することを試みる。当該組成では前駆体結晶のＸ線回折が明確に観察されないことが予備実験で分かっており、新たに光吸収および蛍光発光のスペクトル測定のその場観察への変更を計画中である。具体的には、光ファイバー型のスペクトル測定装置をチャンバーに取り付け、塗布乾燥過程のリアルタイム観察を行う。また近年、ペロブスカイト結晶の蛍光発光を利用したその場観察イメージングが膜結晶の品質に相関することが明らかになっており、蛍光イメージング法の導入を検討中である。更に、真空クエンチ法という新たなプロセスでのその場観察も実施予定である。

今年，我们分析了我们事先进行的实验数据，并在未来的实验计划中反映了它。通过对Sprin-8进行的X射线衍射的原位观察，从溶液涂层和单阳离子钙钛矿（MAPBI4）干燥过程中进行了详细的分析，从气吹干过程中的前体晶体的形成到通过热退火进行转换为钙钛矿晶体。结果，证实了前体晶体相对于底物的定向。已经揭示了这种前体晶体的方向允许膜形成光滑，这在太阳能电池中很重要，并且转化为高质量的钙钛矿晶体膜。该分析的结果将作为论文提交，以表明前体晶体的取向的重要性。在下一步中，我们将尝试观察高效太阳能电池中使用三重阳离子（MA，FA，CS）的涂层和干燥过程。初步实验表明，这种组成未清楚地观察到前体晶体的X射线衍射，并且正在计划对光吸收和荧光发射的原位观察的新变化。具体而言，将光纤型光谱测量装置连接到腔室，以对涂层和干燥过程进行实时观察。近年来，已经揭示了使用钙岩晶体的荧光发射与膜晶体质量相关的原位观察成像，并且目前正在考虑荧光成像方法的引入。此外，将使用称为真空淬火的新过程进行原位观察。

项目成果

Instantaneous Photocarrier Transport at the Interface in Perovskite Solar Cells to Generate Photovoltage

• DOI: 10.3390/photonics9050316
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Photonics
• 影响因子: 2.4
• 作者: T. Mochizuki;I. Kawayama;M. Tonouchi;Y. Nishihara;Msayuki Chikamatsu;Y. Yoshida;H. Takato