ペロブスカイト太陽電池の耐久性・性能向上に向けた電子輸送層・正孔輸送層の開発動向【LIVE配信・WEBセミナー】

セミナー趣旨

■本セミナーの主題および状況
★ペロブスカイト太陽電池は、裏面電極、正孔輸送層、ペロブスカイト層、電子輸送層、透明導電膜の5つの層構造から成り立っております。そのうち、「ペロブスカイト層」は、太陽光を吸収して電子と正孔を生成し、電気エネルギーに変換する役割を果たします。「正孔輸送層」はペロブスカイト層で発生した正孔を効果的に収集し、電極へ輸送する役割を果たす層です。「電子輸送層」はペロブスカイト層で発生した電子を効果的に収集し、電極へ輸送する役割を果たす層です。

★ペロブスカイト太陽電池は高い光電変換効率を示し、さらに、溶液プロセス性、柔軟性、軽量等の既存の太陽電池には無い優れた特徴を有しております。ペロブスカイト太陽電池には電子輸送層としてSnO2ナノ粒子が用いられています。しかし、高いデバイス性能および再現性を得るためにSnO2の成膜条件を最適化する必要があります。また、フラーレン誘導体が用いられることが多く、特に電子輸送材料として重要であります。

★ペロブスカイト太陽電池の高効率化を効率良く行うためには、太陽電池の性能低下の原因を解明することが不可欠であります。しかし、従来の手法はマクロな視点から実施することが主であり、ミクロな視点からの情報を得ることが出来ない限界がありました。

■注目ポイント
★SnO2の凝集状態の制御によるペロブスカイト太陽電池の性能向上と再現性向上の研究事例について紹介！

★フラーレン誘導体がペロブスカイト太陽電池の安定性に及ぼす影響、ドライ成膜プロセスで使用できる真空蒸着が可能なフラーレン誘導体について解説！

★分子レベルで材料評価を行える高感度・高精度な手法である電子スピン共鳴（ESR）を用いた解析手法およびペロブスカイト太陽電池の性能劣化を引き起こす電池内部の欠陥状態の解析について紹介！

セミナープログラム

【第1講】 ペロブスカイト太陽電池の高性能化に向けたSnO2ナノ粒子電子輸送層の凝集状態の制御

【時間】 10:30-11:45

【講師】
九州大学　カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所 / 准教授　松島　敏則　氏

【講演主旨】
ペロブスカイト太陽電池は高い光電変換効率を示し、さらに、溶液プロセス性、柔軟性、軽量等の既存の太陽電池には無い優れた特徴を有している。ペロブスカイト太陽電池には電子輸送層としてSnO2ナノ粒子が用いられる。しかし、高いデバイス性能および再現性を得るためにSnO2の成膜条件を最適化する必要があった。そこで本研究では、SnO2層をスピンコートする際の相対湿度やアニール温度等を用いてSnO2の凝集状態を制御することにより、ペロブスカイト太陽電池の性能向上および再現性向上を実現した。

【プログラム】
1. カーボンニュートラルとは

2. ペロブスカイト太陽電池の概要

3. 電子輸送層の種類と役割

4. SnO2電子輸送層に起因する課題

5. 湿度制御により形成させた2層構造SnO2

6. アニール温度制御によるSnO2の凝集状態制御

7. SnO2ナノ粒子接続の重要性

8. 今後の展望

【質疑応答】

【キーワード】
ペロブスカイト太陽電池、電子輸送層、酸化スズ、ナノ粒子、湿度、アニール温度、凝集、光電変換効率、耐久性

【講演のポイント】
SnO2ナノ粒子分散液から成膜する電子輸送層がペロブスカイト太陽電池に幅広く用いられています。しかし、SnO2ナノ粒子の凝集の観点から実施された研究報告例は非常に少ない状況です。本講座はSnO2電子輸送層の知識を深め、さらに、ペロブスカイト太陽電池の再現性向上や高性能化を深めるために有意義です。

【習得できる知識】
・ペロブスカイト太陽電池に関する基礎知識
・ペロブスカイト太陽電池の作製法
・SnO2電子輸送層に求められる機能
・SnO2電子輸送層の膜物性    

【第2講】 フラーレンの誘導体を電子輸送層に用いた高耐久性を備えたペロブスカイト太陽電池の開発

【時間】 12:45-14:00

【講師】
名古屋大学　大学院工学研究科　教授　松尾　豊　氏

【講演主旨】
ペロブスカイト太陽電池にフラーレン誘導体が用いられることが多く，特に電子輸送材料として重要である．フラーレン誘導体がペロブスカイト太陽電池の安定性に及ぼす影響，ドライ成膜プロセスで使用できる真空蒸着が可能なフラーレン誘導体について解説する．また，自己組織化単分子膜となりうるフラーレン誘導体についても解説する．

【プログラム】
１．真空蒸着が可能なフラーレン誘導体

２．薄膜の形態（モルフォロジ）安定性の役割

３．蒸着開始温度を下げたフラーレン誘導体

４．熱安定性向上の取り組み

５．合成について：フラーレンカチオン中間体を用いた空気中でも実行可能な高収率な反応

６．官能基をもつペンタポッドカルボン酸およびホスホン酸フラーレン誘導体〜自己組織化単分子膜へ

７．真空蒸着が可能なフラーレン誘導体の他の用途（ディスプレイ材料）

８．カーボンナノチューブ薄膜透明電極について

【質疑応答】

【キーワード】
フラーレン，真空蒸着，電子輸送層，ペロブスカイト太陽電池，有機薄膜太陽電池

【講演のポイント】
2001年からフラーレン誘導体の研究，2005年から有機薄膜太陽電池の研究を開始し，現在はカーボンナノチューブ薄膜透明電極を用いたペロブスカイト太陽電池の研究を中心に行っている．ナノカーボン材料（フラーレン，カーボンナノチューブ）がもつ活性酸素消去能を活かして，有機薄膜太陽電池およびペロブスカイト太陽電池の耐久性向上の研究に取り組んでいる．

【習得できる知識】
・有機薄膜太陽電池，ペロブスカイト太陽電池の基礎
・フラーレン，カーボンナノチューブの基礎
・カーボンナノチューブ薄膜透明電極のポテンシャル
・真空蒸着が可能なフラーレン誘導体の用途
・これらナノカーボン材料を活用した有機薄膜およびペロブスカイト太陽電池の耐久性

【第3講】 電子スピン共鳴を用いたペロブスカイト太陽電池向け低コスト正孔輸送材料の性能低下の原因の解明

【時間】 14:10-15:25

【講師】
筑波大学　数理物質系　教授　丸本　一弘　氏

【講演主旨】
ペロブスカイト太陽電池の高効率化を効率良く行うためには、太陽電池の性能低下の原因を解明することが不可欠である。しかし、従来の手法はマクロな視点から実施することが主であり、ミクロな視点からの情報を得ることが出来ない限界があった。
この問題を解決するため、分子レベルで材料評価を行える高感度・高精度な手法である電子スピン共鳴 (ESR) をペロブスカイト太陽電池に適用し、局所的な電荷移動度が高い正孔輸送材料を用いたにもかかわらず、デバイス性能が低下する原因を解明した。この手法の特徴は、太陽電池内部の欠陥状態を非破壊・非接触に素子動作中（オペランド状態）でも測定できる点である。これにより、従来手法では得られないミクロな視点での情報が得られ、研究開発を格段に効率化して高効率化を行える。本講座では、主にペロブスカイト太陽電池のESR研究を紹介し、その他の有機デバイスの開発に有用な点も解説する。

【プログラム】
1.ペロブスカイト太陽電池の高効率化・長寿命化への課題
2.電子スピン共鳴（ESR）で分かる情報
　2-1　電荷移動や電荷形成される分子種の特定と状態解析
　2-2　非破壊・非接触での太陽電池内部の欠陥状態の解析
　2-3　ペロブスカイト太陽電池のESR評価時の注意点

3.ペロブスカイト太陽電池の性能低下メカニズム
　3-1　有機ペロブスカイト界面における電荷移動と電荷障壁形成
　3-2　高効率化への指針

4.ペロブスカイト太陽電池の素子動作時の性能劣化メカニズム
　4-1　有機ペロブスカイト界面における電荷移動・トラップと電荷障壁変化
　4-2　長寿命化への指針

5. まとめ

【質疑応答】

【キーワード】
ペロブスカイト太陽電池、高効率化、長寿命化、分子レベル解析、性能低下メカニズム、性能劣化メカニズム

【講演者のPRポイント】
講演者は、従来の測定・評価技術では得られないミクロな視点での性能低下メカニズムの情報取得によるペロブスカイト太陽電池の高性能化・長寿命化の指針の紹介が可能。
本手法は、有機薄膜太陽電池などの他の電子半導体デバイスにも適用が可能。

【習得できる知識】
・ペロブスカイト太陽電池の性能劣化を引き起こす電池内部の欠陥状態の解析
・分子レベルで材料評価を行える高感度・高精度な手法である電子スピン共鳴（ESR）を用いた解析手法
・高効率化・長寿命化を妨げている欠陥状態の非破壊・非接触での素子動作中（オペランド状態）での測定

【第4講】 正孔輸送材料への添加剤による新機能～自発的ペロブスカイト表面安定化～

【時間】 15:35-16:50

【講師】
国立研究開発法人産業技術総合研究所　主任研究員　西村　直之　氏

【講演主旨】
本講座では、近年開発したペロブスカイト太陽電池への添加剤によって可能になった、一石二鳥の新機能を中心に紹介する。開発した添加剤を、ペロブスカイト光吸収層に積層する正孔輸送材料の原料溶液に混ぜ込むだけで、この添加剤成分が自発的にペロブスカイト表面の欠陥を補填し（自発的ペロブスカイト表面安定化）、太陽電池を高効率化かつ高耐久化させる機能を発現した。これにより、(i) 従来必要とした表面安定化のための追加工程を省略、(ii) これまでの主要な添加剤に含まれていた、太陽電池性能への悪影響が懸念される成分(Li)の除去、を同時に達成した。講座では、この添加剤によるさらなる長所や、その他の添加剤による自発的ヘテロ界面制御技術についても紹介する。

【プログラム】
・ペロブスカイト太陽電池の積層構造　～ヘテロ界面制御の重要性～

・正孔輸送材料への添加剤の開発動向 ～イオン液体を中心に～

・第一級有機アンモニウムからなるイオン液体(RA-TFSI)による自発的ペロブスカイト表面安定化

・RA-TFSIの発展と多機能化

・自発的ヘテロ界面制御技術の開発動向

【質疑応答】

【キーワード】
太陽光エネルギー変換、ペロブスカイト太陽電池、イオン液体、自己組織化材料、有機無機ハイブリット材料

【講演者のPRポイント】
現所属の前に、民間企業での研究活動を９年間行ってきました。その過程で、本系統の講座にて聴講者側としての経験もあります。この経験を生かして、聴講者の皆様のニーズにこたえられる講演を開催できるように努めます。

【習得できる知識】
・ペロブスカイト太陽電池の開発動向
・イオン液体の開発動向
・ペロブスカイト太陽電池の高効率化の方策
・ペロブスカイト太陽電池の高耐久化の方策

セミナー講師

第1部　 九州大学　 カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所 / 准教授　 松島　敏則　氏
第2部　 名古屋大学　 大学院工学研究科　教授　 松尾　豊　氏
第3部　 筑波大学　 数理物質系　教授　 丸本　一弘　氏
第4部　 国立研究開発法人産業技術総合研究所　 主任研究員　 西村　直之　氏

セミナー受講料

【1名の場合】60,500円(税込、テキスト費用を含む)
2名以上は一人につき、16,500円が加算されます。