革新的物性制御を基盤としたビスマス太陽電池の探求と学理の確立

基于创新物性控制的铋太阳能电池探索并建立理论

基本信息

批准号：
18J20108
负责人：
西久保綾佑
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Osaka University
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：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、鉛ペロブスカイトの代替材料として、より低毒なビスマスやアンチモンを用いた光電変換材料について研究を行った。昨年度までに、44組成のBi・Sb系化合物薄膜を実験的に作製・評価し、その中で、独自の溶液プロセスで成膜したアンチモンカルコハライド(SbSX）を用いた太陽電池では、本材料系において特に高い2.91%の変換効率が得られた。本年度は、①各試料の基礎物性と耐久性に関する追加実験、②統計的分析による素子性能支配因子の解明、③Ag-(Bi/M)-I系光電変換材料（M = Sb, Ga, In）の評価（共同研究）等に取り組んだ。①追加の基礎物性評価として、EDXによる各試料の元素分析や膜厚測定を行い、各試料においておおよそ期待通りの元素組成・膜厚が得られることを確認した。また、特に優れた太陽電池性能を示したSbSX太陽電池において、性能の時間経過による変化を観察し、乾燥及び高湿度中での耐久性を明らかにした。②基礎物性と素子性能の統計的分析を行った。TRMCや吸収フォトン数と素子性能との相関を調査し、その結果、光吸収量以上に電子・正孔輸送層への電荷輸送特性の差が太陽電池性能を強く支配することを見出した。以上の結果をもとに論文を執筆し、比較的高インパクトな雑誌であるChemistry of Materialsに受理・出版されるに至った。③これまで主にアンチモンカルコハライド材料に注目して研究を行ってきたが、Ag-(Bi/M)-I系材料の研究にも携わった。A-Bi-I系材料はこれまでにも報告があったが、SbをAg-Bi-Iに導入することで素子性能の向上（1.26% → 1.82%）に成功した点は新規性が高い。本研究も論文受理・出版に至っている。以上が本年度の主な実績であり、主著・共著合わせて6報の論文（全て査読あり）が受理・出版されるに至った。

在这项研究中，我们研究了使用毒性较小的铋和锑作为铅钙钛矿的替代品的光电转换材料。直到去年，我们已经实验生产并评估了44种成分的Bi/Sb基化合物薄膜，其中，我们发现采用独特溶液工艺形成的锑钙卤化物（SbSX）的太阳能电池基于该材料获得了 2.91% 的特别高的转换效率。今年，我们将重点关注（1）对每个样品的基本物理特性和耐久性进行额外实验，（2）通过统计分析阐明控制器件性能的因素，以及（3）Ag-(Bi/M)-I基我们进行了光电转换材料（M=Sb、Ga、In）的评估（共同研究）等。 ①作为基本物理性质的补充评估，我们使用EDX对每个样品进行了元素分析和膜厚测量，并确认每个样品大致具有预期的元素组成和膜厚。此外，我们观察了SbSX太阳能电池的性能随时间的变化，显示出特别优异的太阳能电池性能，并阐明了其在干燥和高湿度条件下的耐久性。 ②对基本物理性能和器件性能进行统计分析。我们研究了TRMC、吸收光子数和器件性能之间的相关性，发现电子/空穴传输层的电荷传输特性的差异对太阳能电池性能的影响比光吸收量的影响更大。我根据上述结果写了一篇论文，被影响力比较大的期刊Chemistry of Materials接收并发表。 ③目前我的研究主要集中在卤化锑材料上，但也参与了Ag-(Bi/M)-I基材料的研究。尽管过去已经报道过基于A-Bi-I的材料，但通过将Sb引入Ag-Bi-I中成功地提高了器件性能（1.26% → 1.82%），这一事实是非常新颖的。这项研究也已被接受并发表。以上是今年的主要成果，包括主要作者和共同作者在内共有6篇论文（均为同行评审）被接受发表。