Ultra-Low-Cost Perovskite Solar Cells based on Printed Inorganic Nanoporous Electrodes

基于印刷无机纳米多孔电极的超低成本钙钛矿太阳能电池

基本信息

批准号：
22KJ2631
负责人：
辻流輝
金额：
$ 1.09万
依托单位：
University of Hyogo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

まず、ソルボサーマル合成法によって20 nmの酸化ニッケル(NiO)ナノ粒子を合成し、多孔質NiOペーストおよび5-50 wt.%のNiOを添加したカーボンペーストを作製した。NiOペーストおよびNiO添加カーボン電極を多層多孔質型ペロブスカイト太陽電池の正孔輸送層および背面電極に適用した。NiO層のみを適用した場合、正孔輸送能力が大幅に向上し、特にデバイスの短絡電流密度が向上することがわかった。一方で、NiO添加カーボン電極のみを適用した場合、特にデバイスの開放電圧が向上することがわかった。このように、NiOを異なる形でデバイスに適用することで、それぞれ異なるデバイス特性を引き上げることができた。この研究結果を元に、NiO層およびNiO添加カーボン電極の両方を同時に適用した太陽電池デバイスを作製したところ、NiOなしの13.02%から、NiOありで15.2%まで光電変換効率を向上させることができた。この数値は、本太陽電池の中でも世界トップクラスの効率である。上記の結果について、デバイス性能向上と材料特性の相関性を調べるために、シンクロトロン軟X線をはじめとする種々の材料物性分析を行った。軟X線を用いた価電子帯評価の結果、NiOを10 wt.%追加したカーボン電極の状態密度が変化していることが明らかとなった。これは、NiO粒子が炭素上に存在することで、電子摂動が生じたことを示唆しており、金属酸化物と炭素を混合することで、目的のエネルギーレベルの電極材料が得られる可能性を示しており、この影響でデバイスの開放電圧が向上したと考えられる。多層多孔質型ペロブスカイト太陽電池は、炭素電極を使用することによる低い電圧がネックであったが、これらの材料・デバイス設計によってこの短所を克服できることを示すことができた。

首先，通过溶剂热合成合成20 nm的氧化镍（NiO）纳米颗粒，以制备含有多孔NiO糊的碳糊和5-50 wt。％NIO。将Nio糊和Nio添加的碳电极应用于多孔钙钛矿太阳能电池的孔传输层和背部电极。已经发现，当仅应用NIO层时，孔传输能力得到显着提高，尤其是设备的短路电流密度。另一方面，已经发现，当仅使用Nio掺杂碳电极时，设备的开路电压得到了特别改进。这样，通过以不同方式将NIO应用于设备，可以改善不同的设备特性。根据这项研究的结果，制造了太阳能电池设备，其中Nio层和Nio掺杂的碳电极同时使用，并将光电转换效率从没有NIO的13.02％提高到Nio的15.2％。这个数字是世界上最有效的太阳能电池之一。对于上述结果，分析了各种材料特性，包括同步型X射线，以研究设备性能与材料属性之间的相关性。由于使用软X射线评估价带评估，因此揭示了添加了10 wt。％添加的NIO的碳电极状态密度。这表明NiO颗粒在碳上的存在引起了电子扰动，这表明可以通过混合金属氧化物和碳来获得所需能级的电极材料，并且认为这种效应可以改善设备的开路电压。尽管使用碳电极引起的低压是多层多孔钙钛矿太阳能电池的问题，但这些材料和设备设计表明可以克服这些缺点。

项目成果

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科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

特願52202253310

专利申请号52202253310

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Effect of Graphite and Carbon Black in Carbon Back Contacts of Carbon–based Multi–Porous–Layered–Electrode Perovskite Solar Cells. Asia–Pacific International Conference on Perovskite

石墨和炭黑在碳背接触中的作用

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tsuji;R.;Tanaka;K.;Oishi;K.;Takaya;S.;Ito;S
通讯作者：
S

ペロブスカイト太陽電池の高温多孔質カ–ボン電極における高分子バインダ–増粘剤の役割と効果

聚合物粘合剂增稠剂在钙钛矿太阳能电池高温多孔碳电极中的作用及效果

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
辻流輝;田中健一朗;大石虹太;塩木貴也;佐藤根大士;伊藤省吾
通讯作者：
伊藤省吾

The Doctoral Course Spent during the COVID-19 Crisis

COVID-19 危机期间的博士课程

DOI：
10.2320/materia.62.195
发表时间：
2023
期刊：
Materia Japan
影响因子：
0
作者：
Tsuji Ryuki
通讯作者：
Tsuji Ryuki

Highly Stable Carbon-Based Multi-Porous-Layered-Electrode Perovskite Solar Cells

高稳定碳基多孔层状电极钙钛矿太阳能电池

DOI：
10.23919/am-fpd54920.2022.9851245
发表时间：
2022
期刊：
2022 29th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices (AM-FPD)
影响因子：
0
作者：
Ito Seigo;Sakai Youichirou;Tsuji Ryuki;Shioki Takaya;Ohishi Kota
通讯作者：
Ohishi Kota