高効率ペロブスカイト太陽電池に向けた溶媒レス水熱合成法による酸化物半導体薄膜作製

无溶剂水热合成氧化物半导体薄膜用于高效钙钛矿太阳能电池

基本信息

批准号：
21K04637
负责人：
實平義隆
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題では、金属酸化物半導体膜の合成を水蒸気雰囲気下において試料表面に形成される水層を反応媒体として行い、基板上への直接形成することを目的としている。得られた薄膜は電子、正孔輸送層としてペロブスカイト太陽電池に適用し、低温プロセスにより作製した同太陽電池のエネルギー変換効率の向上を目指す。前年に引き続き、酸化スズ膜の合成条件について検討した。従来行ってきた酸化チタン膜では前駆体として四塩化チタンを用いたが、同様に塩化物塩を前駆体として用いると、反応条件下の水蒸気雰囲気中での前駆体の安定性が高いため酸化物膜が析出しにくく、処理対象の基板外へと溶出する。そこで、加水分解性の高いアルコキシドを用いたが、長鎖アルキルからなる配位子が疎水性を示すことから反応液層が形成されにくく、潮解性を持つ塩化マグネシウムを添加することで前駆体膜へ親水性を付与した。ペロブスカイト太陽電池において、塩化マグネシウムは電子輸送層に導入することで酸化物半導体膜の導電帯準位を制御し、開放起電圧の高電圧化に寄与する材料としても用いられる。本検討により合成したマグネシウム添加酸化スズ膜では、未添加の場合より生成物の結晶性の向上や太陽電池特性の向上が確認された。さらに非鉛系ペロブスカイト太陽電池への適用を踏まえ、ヨウ化銀ビスマスに適用するための材料として酸化亜鉛膜についても検討を開始した。まずは適用の可能性を探るため、水熱合成法により作製した酸化亜鉛ナノワイヤ膜を電子輸送層として太陽電池を作製し、酸化チタンを用いた場合と比較した。その結果、酸化亜鉛膜では、酸化チタン膜に比べて電荷の取り出し効率が優位であることが分かった。しかしながら、ホールブロッキング効果が低いため、開放起電圧が酸化チタンの場合の半分程度と低く、さらなる改良が必要であることが示された。

该对象是使用在水蒸气大气中的样品表面形成的水层作为反应培养基合成金属氧化物半导体膜，并将其直接形成到基板上。获得的薄膜被应用于钙钛矿太阳能电池作为电子和孔传输层，旨在提高低温过程产生的太阳能电池的能量转换效率。从上一年开始，研究了氧化锡膜的合成条件。在先前已经进行的氧化钛膜中，四氯化钛被用作前体，但同样，当将氯化物盐用作前体时，前体在反应条件下在水蒸气中高度稳定，使氧化物膜很难沉积，并且在氧化物膜中很难被放置在外部，以便在次要的情况下进行替代。因此，使用了高水解的烷氧化物，但是由长链烷基制成的配体表现出疏水性，使形成反应液层变得难以形成反应液，并且通过添加Delique特性，添加了氯化镁，添加了亲水性，将其赋予前体膜。在钙钛矿太阳能电池中，将氯化镁引入电子传输层中，以控制氧化物半导体膜的电导率带水平，也被用作有助于增加开放电压的材料。这项研究合成的镁氧化锡氧化物膜证实，与未添加产品相比，产品和太阳能电池性能的结晶度得到了改善。此外，考虑到它在无铅钙钛矿太阳能电池中的应用，我们还开始研究氧化锌膜作为用于碘化银晶鼠的材料。首先，为了探索应用的可能性，使用由热液合成作为电子传输层制造的氧化氧化纳米线膜制造了太阳能电池，并与使用氧化钛的情况相比。结果，发现电荷提取效率优于氧化钛膜的电荷效率。但是，由于孔阻断效应低，开放电压约为氧化钛的一半，表明需要进一步改进。