3D nanostructured multiple plasmon electrodes for non-toxic perovskite solar cells and for x-ray detection

用于无毒钙钛矿太阳能电池和 X 射线检测的 3D 纳米结构多等离子体电极

• 批准号: 18F18069
• 负责人: 宮坂 力
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Toin University of Yokohama
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-07-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18F18069/
• 关键词: ペロブスカイト太陽電池; 光電変換素子; 光物性; X線検出; 表面プラズモン

ハロゲン化鉛ペロブスカイト半導体の基本的な光物性を高めるために、ペロブスカイト結晶組成中のカチオンとアニオン（ハロゲン：I、Br）を複数のカチオン／アニオンで置き換え、純度の高い結晶薄膜を作るための溶液塗布法の改良を行う検討を進めた中で、結晶組成中の鉛にゲルマニウム（Ge）を微量ドープする方法が、半導体光物性を向上させて素子の出力電圧を高める効果を見出した。出力電圧はバンドギャップが1.6eVのペロブスカイト光電変換素子としては最大値の1.2Vまで改善され、変換効率は22%以上に到達した。この成果をAdvanced Energy Materials（IF=24.9）に論文として出版した。また、光電変換素子の機能において、ペロブスカイト半導体と電荷輸送材料が接合する界面の構造が、光発電特性の出力電圧を高める上で極めて重要であることを確認し、界面の構造のみを変えることで性能が大きく変化する現象を見出した。界面構造の改善が光電変換の高効率化に本質的であることがわかったため、ペロブスカイトを用いたＸ線検出素子の高性能化にこの考えを応用した。X線検出には、可視光応答素子と異なり、X線の吸収に必要なかなり厚いペロブスカイト膜を用いた。この膜は溶液塗布によって製膜するとともに、ペロブスカイトの微結晶を集めて加熱プレスする方法によっても形成した。界面の質を高めて欠陥を無くすことによって、素子に外部バイアスを加えた時の漏れ電流（バックグラウンド応答）を大きく低減できることがわかり、これによってX線応答の実用感度を決める重要な要素であるＳ／Ｎ比を高めることに成功した。ベストの素子では、素子に50V/mm のバイアスを印加した状態で、X線を照射した結果、１uA/cm2のオーダーの応答電流が得られ、応答感度値として500（uC Gy cm2）を超える感度を得ることに成功した。

为了提高卤化铅钙钛矿半导体的基本光学性能，钙钛矿晶体成分中的阳离子和阴离子（卤素：I、Br）被多种阳离子/阴离子取代，从而得到高纯度的晶体。当我们继续研究改进用于制造晶体薄膜的溶液涂覆方法时，我们发现在晶体成分中的铅中掺杂少量的锗（Ge）的方法可以改善半导体的光学性能并提高输出电压我发现了一个效果。输出电压提高至1.2V，为带隙1.6eV钙钛矿光电转换元件的最大值，转换效率达到22%以上。该成果以论文形式发表在《Advanced Energy Materials》（IF=24.9）上。此外，在光电转换元件的功能中，我们确认了钙钛矿半导体和电荷传输材料连接的界面结构对于提高光伏特性的输出电压极其重要，并且通过仅改变界面结构我们发现了一个性能发生显着变化的现象。由于我们发现改善界面结构对于提高光电转换效率至关重要，因此我们将这一想法应用于提高使用钙钛矿的 X 射线检测元件的性能。对于 X 射线检测，与可见光响应元件不同，我们使用了相当厚的钙钛矿薄膜，这是吸收 X 射线所必需的。该薄膜是通过溶液涂覆以及收集钙钛矿微晶并热压它们而形成的。人们发现，通过提高接口质量并消除缺陷，可以大大降低器件施加外部偏压时的漏电流（背景响应），这是决定器件实际灵敏度的重要因素。我们成功地提高了 X 射线响应。在最好的器件中，当用施加在器件上的偏压为50 V/mm的X射线照射时，可以获得1 uA/cm2数量级的响应电流，并且响应灵敏度值超过500（uC Gy cm2）成功获取。

项目成果

有機無機ペロブスカイト太陽電池の創製と高効率化Creation and efficiency enhancement of organic inorganic perovskite solar cells

有机无机钙钛矿太阳能电池的创建和效率提升

• 发表时间: 2018
• 作者: Gyu Min Kim;宮坂 力;宮坂 力
• 通讯作者: 宮坂 力

Stabilization of FA-MA based perovskites solar cells by Pb-Ge at B site cation

B 位阳离子上的 Pb-Ge 稳定 FA-MA 基钙钛矿太阳能电池

• 发表时间: 2019
• 作者: G. M. Kim;宮坂 力
• 通讯作者: 宮坂 力

Efficient and Stable Organic Inorganic Hybrid Perovskite Solar Cells by Modulating Triple B Cations Using Ge-Pb-Sn.

利用 Ge-Pb-Sn 调节 B 族阳离子实现高效稳定的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池。

• 发表时间: 2019
• 作者: Gyu Min Kim;Ishii Ayumi;Senol Oz;Tsutomu Miyasaka
• 通讯作者: Tsutomu Miyasaka

桐蔭横浜大学・宮坂研究室・論文ならびに学会発表

横滨东阴大学宫坂实验室、论文和会议演讲

MACl‐Assisted Ge Doping of Pb‐Hybrid Perovskite: A Universal Route to Stabilize High Performance Perovskite Solar Cells

• DOI: 10.1002/aenm.201903299
• 发表时间: 2020-01
• 期刊: Advanced Energy Materials
• 影响因子: 27.8
• 作者: Gyu Min Kim;A. Ishii;S. Öz;T. Miyasaka