ペロブスカイト化合物の構造、特性、太陽電池などへの応用、今後の展望

ペロブスカイト太陽電池の高効率化・長寿命化を効率良く行うためには、ペロブスカイト太陽電池性能の低下・劣化を引き起こす電池内部の構造欠陥を評価することが不可欠であり、これまで、多くの測定・評価技術が開発され利用されています。 　しかし、従来の測定・評価技術はマクロな手法であり、分子レベルでのミクロな情報を得ることが出来ない限界がありました。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する手法を開発しました。この手法の特徴は、高効率化・長寿命化を妨げているペロブスカイト太陽電池内部の構造欠陥を、非破壊かつ非接触で素子動作中 (オペランド) に観察できる点であります。これにより、従来の測定・評価技術では得られないミクロな視点での情報が得られ、ペロブスカイト太陽電池の研究開発を格段に進展させ、高効率化・耐久性向上を行えると期待されます。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します。

1. 「ペロブスカイト」とは何か? その「基本」を理解する
   1. ペロブスカイト化合物の構造
   2. ペロブスカイト化合物の作り方
   3. 発光特性、光学的特性について
   4. 電気的特性、熱的特性、機械的特性について
   5. 毒性や安全性について
2. ペロブスカイト太陽電池とは
   1. ペロブスカイト太陽電池の発展の経緯
   2. ペロブスカイト太陽電池の原理と溶液法による作製
   3. 軽量・柔軟性を活用した応用展開
3. ペロブスカイト太陽電池の高効率化と長寿命化のために
   1. 封止で解決する素子性能の低下・劣化機構
      • 酸化
      • 水和分解
      • 分子劣化
   2. 封止で防げない素子性能の低下・劣化機構
      • 電荷形成
      • 電荷トラップ
      • ペロブスカイト劣化
4. 電子スピン共鳴 (ESR) で 分かる情報
   1. 分子レベルのミクロ解析
      • 電荷移動や電荷形成される分子種の特定と状態解析
   2. 非破壊・非接触による太陽電池内部の欠陥状態の解析
   3. ペロブスカイト太陽電池のESR評価時の注意点
5. ペロブスカイト太陽電池材料の要件とESR評価
   1. 電荷ドーピング状態
   2. ペロブスカイト界面における電荷移動
   3. ペロブスカイト太陽電池の高効率化への指針
6. 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と長寿命化
   1. 素子動作時の電荷ドーピング状態の変化
   2. 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. ペロブスカイト太陽電池の長寿命化への指針
7. 鉛フリーペロブスカイト太陽電池の性能低下メカニズムと高効率化
   1. ペロブスカイトの酸化・還元効果
   2. 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. ペロブスカイト太陽電池の高効率化への指針
8. 鉛フリー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と長寿命化
   1. ペロブスカイトの劣化効果
   2. 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
   3. ペロブスカイト太陽電池の長寿命化への指針
9. 太陽電池以外のペロブスカイト化合物の応用について
   • 発光ダイオード
   • 触媒電極
   • 燃料電池
   • ICチップ
   • レーザー
   • センサー 他
10. 今後の展望
• 質疑応答