Simplified device structures without charge transport layers for low-cost perovskite solar cells

用于低成本钙钛矿太阳能电池的无电荷传输层的简化器件结构

• 批准号: 21K04684
• 负责人: 迫村 勝
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Yokohama National University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04684/
• 关键词: ペロブスカイト型太陽電池; 光エネルギー変換; 自己組織化膜; 表面電位; 走査プローブ法

令和４年度は前年度に引き続き、ITO透明アノード電極上への自己組織化膜（SAM）及びペロブスカイト膜の形成条件の検討を行い、ペロブスカイト太陽電池に適した結晶状態を有するペロブスカイト膜をSAM修飾ITO表面上に形成することに成功した。末端基にNH2を有するシラン化合物として前年度は3-(2-Aminoethylamino)propyltrimethoxysilane（AEAPTS）を用いたが、今回は鎖長が短く-NH-を含まない3-Aminopropyltrimethoxyxilane（APTS）を用いてSAM形成を試みた。SAM形成後の表面電位変化についてケルビンプローブ顕微鏡（KFM）を用いて測定した結果、APTS修飾ITO電極の仕事関数は約4.45 eVと見積もられた。続いてSAM末端基を酸処理してNH3+とした後、KFM測定を行ったところ、APTS修飾ITOの仕事関数は4.76 eVまで増加した。これはAEAPTS修飾ITOを上回る結果であり、APTS修飾ITO電極をデバイスに用いることで太陽電池を効率良く機能させるために十分な大きさの内蔵電場が得られることが示された。このようにして得られたAPTS修飾ITO上ではアモルファス状構造のヨウ化鉛膜がスピンコート形成された。このことはSAMのNH3+末端とヨウ化鉛との強い相互作用を示唆している。一方、ヨウ化鉛とヨウ化メチルアンモニウムを混合した前駆体溶液によるスピンコートを行ったところAPTS修飾ITO表面上に均一な結晶構造のペロブスカイト膜を形成することに成功した。以上の結果からSAM末端基との相互作用でペロブスカイト層を電極にアンカーし、なおかつ良好な結晶状態の膜が得られていることが示唆された。今後はペロブスカイト膜の製膜条件のさらなる最適化とこれを用いた太陽電池デバイス化について引き続き検討を行う。

在第四财年的第4年，在第四会计年度，形成了自组织的膜（SAM）和pelob scite膜，形成了与ITO透明阳极电极形成的SAM修饰剂，具有适合于太阳能电池的晶体状态在ITO表面。作为具有NH2末端的Shiran化合物，我使用了3-（2-氨基乙基氨基）的丙基甲酰基（APTS），这次不包括-nh-）SAM我试图形成。通过使用开尔文证明显微镜（KFM）进行SAM形成后表面电位变化的测量结果，估计APTS修饰ITO电极的功能估计约为4.45 eV。随后，在用NH3+处理SAM END组后，进行了KFM测量，并且APTS修改ITO的工作函数增加到4.76 eV。这是超过AEAPTS修饰符ITO的结果，表明将APTS修改器ITO电极用于设备可以提供良好的内部电极以有效工作。在以这种方式获得的APTS修饰剂ITO上，旋转涂层形成了在无定形的类似结构上形成的旋转外套。这表明SAM的NH3+端与碘化物铅之间存在很强的相互作用。另一方面，用碘化铅和碘化甲基甲基甲基甲基甲基甲基甲基甲基甲基甲基甲基甲基的混合物进行了旋转涂层，并在APTS修饰的ITO表面上成功了具有均匀晶体结构的Pelob Scite膜。以上结果表明，与SAM末端组的相互作用固定在电极中，并获得了良好的晶体状态。将来，我们将继续研究Pelob Scite膜制剂条件的进一步优化以及使用此产品的太阳能电池设备的转换。

项目成果

自己組織化単分子膜修飾ITO電極上に形成したペロブスカイト膜の表面特性調査と太陽電池デバイス化の検討

自组装单层修饰ITO电极上形成的钙钛矿薄膜的表面性质及其在太阳能电池器件中的应用的研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Y. Hoshi;Y. Hirayama;H. Watanabe;I. Shitanda;and M. Itagaki;森 友萌，野村 将大，富永 宇，迫村 勝
• 通讯作者: 森 友萌，野村 将大，富永 宇，迫村 勝