Development of Multipodal Hole-Transporting Monolayer Materials for High Performance Perovskite Solar Cells

高性能钙钛矿太阳能电池多足空穴传输单层材料的开发

基本信息

批准号：
22K14744
负责人：
TRUONG MINHANH
金额：
$ 3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ペロブスカイト太陽電池の実用化に向けては、デバイスの光電変換効率のさらなる向上と耐久性の飛躍的な向上が依然課題となっている。ペロブスカイト層で光吸収によって生成した電荷を選択的に取り出す電荷回収材料の開発がさらなる特性向上のためのボトルネック課題となっている。従来の正孔回収材料では、各層間でのリークを防ぐために100-200 nm 程度のアモルファス性の厚膜層として用いられてきた。しかし、その材料自体の厚膜による光吸収が取り出せる電流密度を低下させてしまい、また、この厚膜のモルフォルジーの安定性がデバイス自体の低い熱安定性の原因となっている。さらに、従来の厚膜材料では正孔移動度が比較的低いため、電気伝導度を向上するためにはp型のドーパントなどの添加剤を必要とする。しかし、これらの添加剤の高い吸湿性と各イオンのペロブスカイト層への遊泳が、ペロブスカイト層へのダメージとなり、太陽電池デバイスの耐久性を低下させている。ペロブスカイト太陽電池デバイスの耐久性を向上させるためには、これらの視点から、優れた添加剤フリーp型有機半導体材料の開発が重要となる。本研究では、長期耐久性と高い光電変換効率をもつ太陽電池を実現できる新たな有機半導体材料の開発を目指す。具体的には、トリアザトリキセンをはじめとする2次元拡張 π 共役骨格にホスホン酸などの極性基をアンカー基として複数導入したマルチポッド型正孔回収単分子膜材料を開発した。これらの単分子膜材料は、上下のペロブスカイト層および電極基板のそれぞれに対して水平方向に配向するため、効率的な正孔回収が可能になることが明らかになった。この単分子膜を添加剤フリー正孔回収層に用いたペロブスカイト太陽電池が23％の高い光電変換効率と長期耐久性を示すことがわかった。また、本研究ではπ 骨格の形やアンカー基の種類の効果についての検討も行った．

为了将钙钛矿太阳能电池投入实际应用，进一步提高器件的光电转换效率和大幅提高耐久性仍然是一个问题。开发选择性提取钙钛矿层中光吸收产生的电荷的电荷恢复材料已成为进一步提高性能的瓶颈。传统的空穴恢复材料已被用作约100-200nm的厚非晶层以防止层间泄漏。然而，材料本身的厚膜对光的吸收降低了可以提取的电流密度，并且这种厚膜的形态稳定性导致器件本身的热稳定性较低。此外，传统的厚膜材料具有相对较低的空穴迁移率并且需要诸如p型掺杂剂之类的添加剂来提高电导率。然而，这些添加剂的高吸湿性以及单个离子迁移到钙钛矿层中会对钙钛矿层造成损害，降低太阳能电池器件的耐用性。从这些角度来看，开发优异的无添加剂p型有机半导体材料以提高钙钛矿太阳能电池器件的耐用性非常重要。在这项研究中，我们的目标是开发新型有机半导体材料，以实现具有长期耐用性和高光电转换效率的太阳能电池。具体来说，我们开发了一种多脚空穴收集单层材料，其中将多个极性基团（例如膦酸）作为锚定基团引入到二维延伸的π共轭骨架（例如三氮杂三烯）中。研究表明，这些单层材料相对于上下钙钛矿层和电极基板水平取向，从而实现有效的空穴恢复。结果发现，使用该单层作为无添加剂空穴收集层的钙钛矿太阳能电池表现出23%的高光电转换效率和长期耐久性。在这项研究中，我们还研究了 π 骨架的形状和锚定基团类型的影响。

项目成果

期刊论文数量（11）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Halide segregation and the operational stability of monbolayer-based p-i-n perovskite solar cell

单层p-i-n钙钛矿太阳能电池的卤化物偏析和运行稳定性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Richard Murdey;Yasuhisa Ishikura;Yuko Matsushige;Shuaifeng Hu;Jorge Pascual;Minh Anh Truong;Tomoya Nakamura;Atsushi Wakamiya
通讯作者：
Atsushi Wakamiya

Composition-Property Mapping in Bromide-Containing Tin Perovskite Prepared with High Purity Starting Materials

高纯度起始材料制备的含溴化锡钙钛矿的成分-性能图谱

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Nakamura K. Otsuka;S. Hu;R. Hashimoto;T. Morishita;T. Handa;T. Yamada;M. A. Truong;R. Murdey;Y. Kanemitsu,and A. Wakamiya
通讯作者：
Y. Kanemitsu,and A. Wakamiya

高性能化ペロブスカイト太陽電池のためのスクアリン骨格を用いた正孔回収単分子膜材料の開発

开发用于高性能钙钛矿太阳能电池的方酸骨架单层空穴收集材料

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Richard Murdey;Ai Shimazaki;Ryuji Kaneko;Minh Anh Truong;Tomoya Nakamura;Atsushi Wakamiya;赤塚有杜，Truong Minh Anh，若宮淳志，吉田弘幸;翔太平，司舟崎，リチャードマーデイー，中村智也，ミンアンチョン，若宮淳志
通讯作者：
翔太平，司舟崎，リチャードマーデイー，中村智也，ミンアンチョン，若宮淳志

Molecular Engineering of Enamine‐Based Hole‐Transporting Materials for High‐Performing Perovskite Solar Cells: Influence of the Central Heteroatom

用于高性能钙钛矿太阳能电池的烯胺基空穴传输材料的分子工程：中心杂原子的影响

DOI：
10.1002/solr.202200590
发表时间：
2022
期刊：
Solar RRL
影响因子：
7.9
作者：
Vaitukaityte Deimante;Truong Minh Anh;Rakstys Kasparas;Murdey Richard;Funasaki Tsukasa;Yamada Takumi;Kanemitsu Yoshihiko;Jankauskas Vygintas;Getautis Vytautas;Wakamiya Atsushi
通讯作者：
Wakamiya Atsushi

Operational stability and low light performance of wide-bandgap perovskite solar cells

宽带隙钙钛矿太阳能电池的运行稳定性和弱光性能