高純度化材料を用いたスズ系ペロブスカイト半導体膜の作製とバンド構造制御

摘要

近年、ABX_3の組成からなるペロブスカイト材料を光吸収層に用いたペロブスカイト太陽電池が、溶液の塗布により作製できる次世代太陽電池として注目されている。これまで、鉛を含むペロブスカイト半導体を光吸収層材料に用いて 20%を超える高い光電変換効率 (PCE) を示す太陽電池が報告されている。一方、実用化の観点からは、より環境負荷の少ない次世代太陽電池として、鉛をスズに置き換えたスズ系ペロブスカイト半導体材料を用いた太陽電池の高性能化が期待されている。しかし、一般にスズ系ペロブスカイト半導体は鉛系に比べてバンドギャップ (E_g)が小さく、特にその価電子帯(VB) のエネルギー準位（–5.02 eV, MASnI_3 (MA: CH_3NH~(2+)); –5.16 eV, FASnI_3 (FA:(NH_2)_2CH~+)）は、鉛系（–5.45 eV, MAPbI_3）に比べて浅いため、一般的な正孔輸送材料(HTM)への電荷取り出し効率が悪い 1)。本研究では、スズ系ペロブスカイト半導体の電子構造の制御という観点から、ASnX_3のAサイトとXサイトに様々なイオンを組み合わせた (A=MA~+, FA~+, Cs~+;X=I~–, Br~–)、一連の薄膜材料を作製し、これらの物性評価を検討した。