ペロブスカイト太陽電池材料

有機無機ペロブスカイト化合物

ペロブスカイトとは、一般式ABX3で表される構造を持つ一連の材料を指します。有機‐無機ハライドペロブスカイトの場合、A、B、およびXはそれぞれ、有機カチオン、金属カチオン、およびハロゲン化物アニオンを表します。ハライドペロブスカイトは、高いキャリア移動度、高い吸収係数、調整可能なバンドギャップなどの優れた特性を有することから、電子デバイスやオプトエレクトロニクスデバイスをはじめとする、様々な研究分野で開発が行われています。

近年では特に、ハライドペロブスカイトは太陽光変換用途の新規光吸収材料として注目されています。単接合型ペロブスカイト太陽電池(PSC: perovskite solar cell)の電力変換効率は、既に従来の薄膜太陽電池の技術レベルを超え、単結晶シリコン太陽電池と競合するまでになっています。さらに、印刷法で作製できる特徴から、プラスチックを基板とする薄型軽量太陽電池の製造検討も加速しており、より高性能な単接合型太陽電池の開発に加え、ペロブスカイトを用いたタンデムデバイスの開発、および長期安定性の探索にも注目が集まっています。

最先端のPSCには、鉛を含む有機無機ハロゲン化ペロブスカイトが使用されていますが、鉛の毒性は実用化に向けて大きなハードルとなる可能性があります。そのため、鉛フリーのPSCの開発も進められており、AgやBi、Ge、特にSn(II)をベースとしたペロブスカイトが注目されています。さらに有機カチオンの安定性の問題から無機ペロブスカイト化合物の検討も活発で、これらの開発にシグマアルドリッチの製品が多数使用されています23-32

ペロブスカイト材料は量子ドットとしても注目されています。ハライドペロブスカイト量子ドットは、高いPL特性、低い製造コスト、優れた発色特性などの点から、ディスプレイ用発光材料として期待されています。

シグマアルドリッチでは、ペロブスカイト化合物の作製に必要な材料を多数取り揃えています。高効率ペロブスカイトの作製が可能な「ペロブスカイトグレード」無機化合物や、有機・無機ホール輸送材料、電子輸送材料をはじめ、ドーパントやITO基板など、ペロブスカイト太陽電池に必要なほぼすべての材料をご提供しています。製品カタログ「ペロブスカイト・有機薄膜太陽電池材料」もあわせてご覧ください。

 

代表的なペロブスカイト関連製品

ホール輸送材料

下記化合物の文献情報やその他ホール輸送材料については「ペロブスカイト太陽電池用ホール輸送材料」をご覧ください。

有機電子輸送材料NEW

Phen-NaDPO (98+%、913758) は、有機オプトエレクトロニクス向けの汎用的な正極修飾剤です。Ag金属やITOなどの仕事関数を大きく低下することが可能です。そのため、有機層と金属電極間のエネルギー損失を低下させ、有機太陽電池のより高い達成効率をもたらします。また、逆構造型ペロブスカイト太陽電池の正極界面材料としてや、ペロブスカイト型太陽電池及び他の有機電子デバイスの一般的な電子輸送材料としても使用可能です。

ホール輸送・電⼦輸送層無機インク

各種印刷法でプリント可能な酸化亜鉛や酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化スズなどの無機インクは「Avantama製有機エレクトロニクス用ナノインク」をご参考ください。

酸化チタンペースト

本ペースト(18NR-T、791547)をエタノールで希釈し、スピンコート法によってメソポーラスチタニア層の作製が可能です35

ハロゲン化有機アミン

60品目以上のハロゲン化有機アミン製品と取り揃えております。世界中の研究室で使用されているGreatcell Solar製品も多数販売しています。全製品リストは「構造式カタログ:ハロゲン化有機アミン」をご覧ください。

ペロブスカイトグレード⾼純度無機材料

DMFやDMF:DMSO(1:1)などの溶媒に容易に溶解し、所定の濃度で透明な溶液を得ることができます。空気や湿気に⾮常に敏感であるため、ガラスアンプルに封入されています。

Reference

  1. Steele J. A. et al., Thermal unequilibrium of strained black CsPbI3 thin films. Science, 16 AUG 2019.
  2. Sim K. et al., Performance boosting strategy for perovskite light-emitting diodes. Appl. Phys. Rev. , 2019, 6, 031402.
  3. Wang, K. et al., Kinetic Stabilization of the Sol–Gel State in Perovskites Enables Facile Processing of High‐Efficiency Solar Cells. Adv. Mater. 2019, 31, 1808357.
  4. Tang, B. et al., An All‐Inorganic Perovskite‐Phase Rubidium Lead Bromide Nanolaser. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 16134.
  5. Gao, Y. et al., Molecular engineering of organic–inorganic hybrid perovskites quantum wells. Nature Chem. 2019, 11, 1151.
  6. He Y. et al., Unconventional route to dual-shelled organolead halide perovskite nanocrystals with controlled dimensions, surface chemistry, and stabilities. Sci. Adv. 2019, 5 (11), eaax4424.
  7. Deng Y. et al., Tailoring solvent coordination for high-speed, room-temperature blading of perovskite photovoltaic films. Sci. Adv. 2019, 5(12), eaax7537.
  8. Sung J. et al., Long-range ballistic propagation of carriers in methylammonium lead iodide perovskite thin films. Nat. Phys. 2020, 16, 171.
  9. Chen H. et al., Structural and spectral dynamics of single-crystalline Ruddlesden-Popper phase halide perovskite blue light-emitting diodes. Nat. Photonics 2020, 14, 215.
  10. Zhao X. et al., Large-area near-infrared perovskite light-emitting diodes. Sci. Adv. 2020, 6(4), eaay4045.
  11. Tsai H. et al., A sensitive and robust thin-film x-ray detector using 2D layered perovskite diodes. Sci. Adv. 2020, 6(15), eaay0815.
  12. Worku M. et al., Hollow metal halide perovskite nanocrystals with efficient blue emissions. Sci. Adv. 2020, 6(17), eaaz5961.
  13. Chen B. et al., Blade-Coated Perovskites on Textured Silicon for 26%-Efficient Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells. Joule 2020, 4(4), 850.
  14. Shi E. et al., Two-dimensional halide perovskite lateral epitaxial heterostructures. Nature 2020, 580, 614.
  15. Kahmann S. et al., Extrinsic nature of the broad photoluminescence in lead iodide-based Ruddlesden–Popper perovskites. Nat. Commun. 2020, 11, 2344.
  16. Oyelade O. V. et al., Pressure-Assisted Fabrication of Perovskite Solar Cells. Sci. Rep. 2020, 10, 7183.
  17. Xie, C., Zhao, X., Ong, E.W.Y. et al. Transparent near-infrared perovskite light-emitting diodes. Nat. Commun. 2020, 11, 4213.
  18. Rothmann M. U. et al. Atomic-scale microstructure of metal halide perovskite. Science 2020, 370, eabb5940.
  19. Wang, J. et al. 16.8% Monolithic all-perovskite triple-junction solar cells via a universal two-step solution process. Nat. Commun. 2020, 115254.
  20. Clark C. P. et al. Formation of Stable Metal Halide Perovskite/Perovskite Heterojunctions. ACS Energy Lett. 2020, 5(11), 3443.
  21. Zhao B. et al. Efficient light-emitting diodes from mixed-dimensional perovskites on a fluoride interface. Nat. Electron. 2020, 3, 704.
  22. Peng J. et al. Nanoscale localized contacts for high fill factors in polymer-passivated perovskite solar cells. Science 2021, 371, 390.
  23. Luo J. et al. Efficient and stable emission of warm-white light from lead-free halide double perovskites. Nature, 2018, 563, 541.
  24. Hao F. et al. Lead-free solid-state organic–inorganic halide perovskite solar cells. Nature Photonics, 2014, 8, 489.
  25. Noel N. K. et al. Lead-free organic–inorganic tin halide perovskites for photovoltaic applications. Energy Environ. Sci., 2014, 7, 3061.
  26. Steele J. A. et al. Photophysical Pathways in Highly Sensitive Cs2AgBiBr6 Double-Perovskite Single-Crystal X-Ray Detectors. Adv. Mater. 2018, 30, 1804450.
  27. Hou S. et al., Efficient Blue and White Perovskite Light-Emitting Diodes via Manganese Doping. Joule, 2018, 2(11), 2421.
  28. Locardi F. et al., Colloidal Synthesis of Double Perovskite Cs2AgInCl6 and Mn-Doped Cs2AgInCl6 Nanocrystals. J. Am. Chem. Soc., 2018, 140 (40), 12989–12995.
  29. Chen M. et al., Highly stable and efficient all-inorganic lead-free perovskite solar cells with native-oxide passivation. Nat. Commun., 2019, 10, 16.
  30. Liu T. et al., Enhanced control of self-doping in halide perovskites for improved thermoelectric performance. Nat. Commun., 2019, 10, 5750.
  31. Jun T. et al. Lead-Free Highly Efficient Blue-Emitting Cs3Cu2I5 with 0D Electronic Structure. Adv. Mater. 2018, 30, 1804547.
  32. Park Y. et al., Designing zero-dimensional dimer-type all-inorganic perovskites for ultra-fast switching memory. Nat. Commun. 2021, 12, 3527.
  33. Li N. et al., Cation and anion immobilization through chemical bonding enhancement with fluorides for stable halide perovskite solar cells. Nature Energy 2019, 4, 408–415.
  34. Wang R. et al., Constructive molecular configurations for surface-defect passivation of perovskite photovoltaics. Science 2019, 366, 1509.
  35. J. Burschka et al., Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells. Nature, 2013, 499, 316.
  36. Xue R., et al., Molecular design with silicon core: toward commercially available hole transport materials for high-performance planar p–i–n perovskite solar cells. J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 404-413.

ニュースレター