配向を制御したナノ構造体薄膜の作製とフレキシブル太陽電池への応用

可控取向纳米结构薄膜的制备及其在柔性太阳能电池中的应用

基本信息

批准号：
22KJ1750
负责人：
木村考岐
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyoto University
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1750/
关键词：
ナノ構造酸化チタン

项目摘要

本研究の目的は、軽量かつフレキシブルな太陽電池への応用が期待されているペロブスカイト太陽電池で発電効率と寿命を低下させる半導体結晶中の欠陥とイオンの拡散を結晶方位の制御により改善することである。結晶構造の制御は１次元ナノ構造体を配列させることによって行うが、本年度はまず、ペロブスカイト太陽電池の電子輸送層にあたる金属酸化物半導体の１次元ナノ構造体を作製した。金属酸化物半導体には酸化チタンを用い、１次元ナノ構造であるナノロッドアレイ形状のものが得られた。その後さらに、ペロブスカイト太陽電池では電子輸送層のキャリア輸送特性及びペロブスカイト層との接合を改善することが発電効率を改善する有効的な手段であることから、酸化チタンへの他元素ドーピングと、ペロブスカイト層と構造的親和性の高い化合物によるヘテロ接合化を行った。その際に２種類の結晶構造の酸化チタンで合成条件とナノロッド形状を比較した。これまでに作製してきた結晶構造では他元素ドーピングによりナノ構造体の形状が変化し、一定以上のドープ率では１次元ナノ構造を維持することが難しかったのに対して、今回作製した化学的安定性が比較的低い結晶構造では、ナノ構造の形態に大きな変化が見られないことがわかった。また、ヘテロ接合化についても、フレキシブル太陽電池への応用により適した、より温和な条件で可能となった。作製したナノ構造体のキャリア輸送特性はナノ構造体の配列方向に沿った測定の実施を進めているところである。以上の通り、本年度は当初の計画である金属酸化物半導体の１次元ナノ構造の作製を行った上で、ドーピングとヘテロ接合化についても研究を進めた。本年度の成果は国内学会２件、国際学会２件で発表している。

这项研究的目的是通过控制晶体取向来改善半导体晶体中的缺陷和离子扩散，这些缺陷和离子扩散会降低钙钛矿太阳能电池的发电效率和寿命，从而有望应用于轻质和柔性太阳能电池。晶体结构是通过排列一维纳米结构来控制的，今年我们首次制备了金属氧化物半导体的一维纳米结构，用作钙钛矿太阳能电池的电子传输层。使用氧化钛作为金属氧化物半导体，得到纳米棒阵列状的一维纳米结构体。此后，在钙钛矿太阳能电池中，由于改善电子传输层的载流子传输性能以及与钙钛矿层的结合是提高发电效率的有效手段，因此我们开发了用其他元素掺杂氧化钛和钙钛矿的方法使用具有高结构亲和力的化合物进行杂合。当时，我们比较了两种晶体结构的氧化钛的合成条件和纳米棒形状。在迄今为止创建的晶体结构中，发现纳米结构的形状由于掺杂其他元素而改变，并且在高于一定水平的掺杂率下难以维持一维纳米结构。具有相对较低性能的结构，没有观察到纳米结构形态的重大变化。此外，在更温和的条件下创建异质结已成为可能，更适合应用于柔性太阳能电池。我们正在测量所制造的纳米结构沿纳米结构排列方向的载流子传输特性。如上所述，今年除了按原计划制作一维金属氧化物半导体纳米结构外，我们还进行了掺杂和异质结的研究。今年的成果在两次国内会议和两次国际会议上公布。