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。

2020财年，继上一年的基础上，研究ITO透明阳极电极上的自组装膜（SAM）和钙钛矿膜的形成条件，并利用SAM对钙钛矿膜进行改性，使其具有适合钙钛矿太阳能电池的晶态。在ITO表面成功形成。去年，我们使用3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷(AEAPTS)作为末端基团为NH2的硅烷化合物，但这次我们使用3-氨基丙基三甲氧基硅烷(APTS)，它具有短链且不含-NH -，为了执行SAM。使用开尔文探针显微镜 (KFM) 测量 SAM 形成后的表面电势变化，结果估计 APTS 修饰的 ITO 电极的功函数约为 4.45 eV。随后，用酸处理SAM末端基团将其转化为NH3+，然后进行KFM测量，APTS修饰的ITO的功函数增加至4.76 eV。这一结果超过了AEAPTS修饰的ITO的结果，表明通过在器件中使用APTS修饰的ITO电极，可以获得足够大的内建电场以使太阳能电池有效地发挥作用。将具有非晶结构的碘化铅膜旋涂在由此获得的APTS改性ITO上。这表明 SAM 的 NH3+ 末端与碘化铅之间存在强烈的相互作用。另一方面，通过旋涂含有碘化铅和碘化甲基铵混合物的前驱体溶液，我们成功地在APTS修饰的ITO表面上形成了具有均匀晶体结构的钙钛矿薄膜。上述结果表明钙钛矿层通过与SAM端基的相互作用固定在电极上，并且获得了具有良好晶态的薄膜。未来，我们将继续研究钙钛矿成膜条件的进一步优化及其在太阳能电池器件中的应用。

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: 森 友萌;野村 将大;富永 宇;迫村 勝
• 通讯作者: 迫村 勝

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: 森 友萌;野村 将大;富永 宇;迫村 勝
• 通讯作者: 迫村 勝