希土類元素導入ペロブスカイト系太陽電池の最適組成の理論的探索と導入効果の検証

稀土元素钙钛矿太阳能电池最佳组成的理论探索及引入效果验证

基本信息

批准号：
21K05261
负责人：
鈴木厚志
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Shiga Prefecture
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

ハロゲン化鉛系ペロブスカイト太陽電池は、従来の太陽電池よりも優れた開放電圧、高い光電変換効率を有しているが、長期安定性に乏しく、実用化する上で光活性層であるペロブスカイト結晶の劣化抑制や界面の構造最適化や電子構造制御を行い、性能向上が求められている。本研究は、希土類元素の導入により長期安定性かつ高性能なペロブスカイト太陽電池の開発を行うことを目的とする。光活性層であるペロブスカイト結晶の電子構造解析から性能を予測し、光起電力特性、表面形態の観察や結晶構造解析から性能評価を行った。希土類元素 (Eu, Gd, Nd) やハロゲン化アンモニウム化合物の導入により光活性層の劣化を抑制しながら性能向上と長期安定化を行った。第一原理計算法により価電子帯、伝導帯付近のバンド構造から有効質量やバンドギャップEgを予測し、キャリア移動や開放電圧の改善を予想した。希土類元素のd軌道と配位子のp軌道の重なりから電荷移動の促進が予想され、Eu, Gd導入によりキャリア移動や電荷移動、短絡電流密度が改善し、変換効率が上昇することを予測した。分子動力学計算によりペロブスカイト結晶の熱力学的安定性や分子運動性を検討した。希土類元素 (Eu, Gd) 導入により安定性が向上し、有機カチオン脱離による分解を抑制することを予測した。Eu, Gdの酸化還元反応やシラン化合物およびフタロシアニン錯体の導入により光活性層の劣化を改善しながら性能向上と長期安定化を行った。希土類元素導入ペロブスカイト結晶の材料設計および性能予測により長期安定性かつ高性能なペロブスカイト太陽電池の開発が可能となった。

与常规太阳能电池相比，基于铅卤化物的钙钛矿太阳能电池具有更高的开路电压和更高的光电转化效率，但是它们没有长期的稳定性，为了将其用于实际用途，需要通过抑制perovskite晶体来抑制perovskite晶体，从而改善性能，从而使perovskite晶体能够抑制photair层的结构，从而使结构的结构和界面的结构进行了优化。这项研究旨在通过引入稀土元素来开发具有长期稳定性和高性能的钙钛矿太阳能电池。通过光活性层的钙钛矿晶体的电子结构分析来预测性能，并根据光伏性能以及表面形态和晶体结构分析评估了性能。引入稀土元素（EU，GD，ND）和卤化铵化合物已被用于抑制光活性层的恶化，同时改善了性能和长期稳定。使用第一个原理计算方法，从价带和传导带附近的带结构预测了有效的质量和带隙，并且预测了载体运动和开路电压的改善。据预测，由于稀土元素的D轨道与配体的P轨道之间的重叠，电荷转移将被促进，并且引入欧盟和GD将改善载流子运动，电荷传递和短路电流密度，从而提高转化效率。通过分子动力学计算研究了钙钛矿晶体的热力学稳定性和分子迁移率。据预测，引入稀土元素（EU，GD）将改善稳定性并抑制由于消除有机阳离子而引起的分解。 EU和GD的氧化还原反应以及硅烷化合物和邻苯二甲胺络合物的引入用于改善性能并稳定光活性层，同时改善其长期性能。稀土元素引入钙钛矿晶体的材料设计和性能预测使得发展长期稳定性和高性能钙钛矿太阳能电池成为可能。

项目成果

期刊论文数量（42）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effects of Cu, K and Guanidinium Addition to CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cells

DOI：
10.1007/s11664-022-09688-3
发表时间：
2022-05
期刊：
Journal of Electronic Materials
影响因子：
2.1
作者：
Ayu Enomoto;A. Suzuki;T. Oku;Masanobu Okita;Sakiko Fukunishi;Tomoharu Tachikawa;T. Hasegawa
通讯作者：
Ayu Enomoto;A. Suzuki;T. Oku;Masanobu Okita;Sakiko Fukunishi;Tomoharu Tachikawa;T. Hasegawa

Fabrication and characterization of CH3NH3PbI3 perovskite solar cells using CuPcX4 doped with TCNQ

使用掺杂 TCNQ 的 CuPcX4 CH3NH3PbI3 钙钛矿太阳能电池的制备和表征

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Atsushi Suzuki;Ryota Hasegawa;Kai Funayama;Takeo Oku;Masanobu Okita;Sakiko Fukunishi;Tomoharu Tachikawa;Tomoya Hasegawa
通讯作者：
Tomoya Hasegawa

Fabrication and characterization of perovskite solar cells using copper phthalocyanine complex with tetracyanoquinodimethane

使用铜酞菁与四氰基醌二甲烷配合物制备钙钛矿太阳能电池并表征

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Atsushi Suzuki;Ryota Hasegawa;Takeo Oku;Masanobu Okita;Sakiko Fukunishi;Tomoharu Tachikawa;and Tomoya Hasegawa
通讯作者：
and Tomoya Hasegawa

Additive effect of CuPcX4-TCNQ on CH3NH3PbI3 perovskite solar cells

CuPcX4-TCNQ对CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的加和效应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Atsushi Suzuki;Ryota Hasegawa;Kai Funayama;Takeo Oku;Masanobu Okita;Sakiko Fukunishi;Tomoharu Tachikawa,and Tomoya Hasegawa
通讯作者：
Tomoharu Tachikawa,and Tomoya Hasegawa

Electronic structures and molecular dynamics of lanthanide-doped perovskite crystal and photovoltaic characteristics

稀土掺杂钙钛矿晶体的电子结构、分子动力学及光伏特性

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Atsushi Suzuki;Kyo Kishimoto;Takeo Oku;Sakiko Fukunishi;Tomoharu Tachikawa and Tomoya Hasegawa
通讯作者：
Tomoharu Tachikawa and Tomoya Hasegawa