有機無機ペロブスカイト太陽電池のプロセス探索に向けた塗布乾燥その場観察

涂覆和干燥的原位观察用于有机-无机钙钛矿太阳能电池的工艺探索

• 批准号: 22K04959
• 负责人: 吉田 郵司
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04959/
• 关键词: ペロブスカイト太陽電池; 結晶構造; 前駆体; 塗布乾燥過程; X線回折; その場観察; 放射光X線回折; 結晶成長

本年度は、予備的に行ってきた実験データの解析と今後の実験計画への反映を行った。SPrin-8で行ったＸ線回折のその場観察により、シングルカチオンのペロブスカイト（MAPbI4）の溶液塗布乾燥での結晶成長に関して、ガスブロー乾燥における前駆体結晶の形成から熱アニーリングによるペロブスカイト結晶への転換までの詳細な解析を行った。その結果、前駆体結晶が基板に対して配向していることを確認した。この前駆体結晶の配向が、太陽電池において重要な平滑性な膜形成と高品質なペロブスカイト結晶膜への転換を可能にしていることを明らかにした。本解析結果に関しては、前駆体結晶の配向の重要性を示す論文として投稿予定である。また次のステップとして、高効率太陽電池で用いられているトリプルカチオン（MA、FA、Cs）での塗布乾燥過程を観察することを試みる。当該組成では前駆体結晶のＸ線回折が明確に観察されないことが予備実験で分かっており、新たに光吸収および蛍光発光のスペクトル測定のその場観察への変更を計画中である。具体的には、光ファイバー型のスペクトル測定装置をチャンバーに取り付け、塗布乾燥過程のリアルタイム観察を行う。また近年、ペロブスカイト結晶の蛍光発光を利用したその場観察イメージングが膜結晶の品質に相関することが明らかになっており、蛍光イメージング法の導入を検討中である。更に、真空クエンチ法という新たなプロセスでのその場観察も実施予定である。

今年，我们分析了初步的实验数据，并将其反映到未来的实验计划中。使用 SPrin-8 进行的原位 X 射线衍射观察揭示了单阳离子钙钛矿 (MAPbI4) 在溶液涂覆和干燥过程中的晶体生长，从吹气干燥过程中前体晶体的形成到通过热退火转化为钙钛矿晶体进行了详细分析。结果，确认了前体晶体相对于基板取向。据透露，前体晶体的这种取向能够形成光滑的薄膜，这对于太阳能电池来说很重要，并且可以转化为高质量的钙钛矿晶体薄膜。我们计划将该分析的结果作为论文提交，证明前体晶体取向的重要性。下一步，我们还将尝试观察高效太阳能电池中使用的三重阳离子（MA、FA、Cs）的涂覆和干燥过程。初步实验表明，这种组合物无法清晰地观察到前体晶体的X射线衍射，目前我们正计划将光吸收和荧光发射光谱的测量改为原位观察。具体来说，腔室上附有光纤型光谱测量装置，以实时观察涂层干燥过程。此外，近年来，人们已经清楚利用钙钛矿晶体荧光发射的原位观察成像与薄膜晶体的质量相关，目前我们正在考虑引入荧光成像方法。此外，我们计划使用一种称为真空淬火的新工艺进行现场观察。

项目成果

Instantaneous Photocarrier Transport at the Interface in Perovskite Solar Cells to Generate Photovoltage

• DOI: 10.3390/photonics9050316
• 发表时间: 2022-05
• 期刊: Photonics
• 影响因子: 2.4
• 作者: T. Mochizuki;I. Kawayama;M. Tonouchi;Y. Nishihara;Msayuki Chikamatsu;Y. Yoshida;H. Takato