色素電池の実用版かな?
ハロゲン系perovskite材料ABX3:Aが鉛(Pb)、BがCH3NH3などの有機系分子、Xがヨウ素(I)などハロゲン。 塗るだけでSolarCellができる。(RNH3)nPbI(2+n)か。
spie.org/x19330.xml
即ちペロブスカイト結晶薄膜は金属酸化物(チタニア、アルミナ)の多孔膜上に、その結晶生成原料を溶液塗布することで数分のうちに形成され、800nmまでの可視光をバンドギャップ吸収によって集光するという。
PbI2のN,N-dimethylformamide溶液をスピンコートというのが気になりますね。Pbをなんとかできないものか?
図1 ceramic.or.jp/ihensyub/topics/topics2014.5.pdf
図2 ceramic.or.jp/ihensyub/topics/topics2014.5.pdf
但しPbの健康被害に注意。
kuroppe.tagen.tohoku.ac.jp/~dsc/diary-j
くどいようですがペロブスカイト研究者は必ずマスクをして実験すべきだと思います。
グローブボックスやドラフトの排気はもちろんのこと、スピンコート(ミストの飛散)・加熱アニール処理(蒸気発生)、あるいはスピンコーターや実験台の清掃処理など、汚
れを拭ったキムワイプやアルミフォイルの廃棄に至るまで鉛粉末を吸い込む可能性
は沢山あります。
れを拭ったキムワイプやアルミフォイルの廃棄に至るまで鉛粉末を吸い込む可能性
は沢山あります。
研究室の床やテーブルがオレンジないし黄色に汚れている所は特に注意されたし。
Redox mediator
clhyo.org/research/dsc-2/redox-mediator-2
Spiro-MeOTAD
N2,N2,N2′,N2′,N7,N7,N7′,N7′-octakis(4-methoxyphenyl)-9,9′-spirobi[9H-fluorene]-2,2′,7,7′-tetramine
N2,N2,N2′,N2′,N7,N7,N7′,N7′-octakis(4-methoxyphenyl)-9,9′-spirobi[9H-fluorene]-2,2′,7,7′-tetramine
Application
High-mobility material used for white OLEDs to increase hole injection and transport. It is the best solid-state hole transporting material, to date, used to replace the liquid electrolyte for DSSC solar cells, due to an excellent pore-filling property in nanoporous TiO2 film with pore size of around 30-50 nm; attributed to its small molecular size.
日本発の新型太陽電池に脚光 車に塗って格安発電も可能
2015.4.4 07:01 SankeiBiz
日本の研究者が開発した特殊な結晶構造を持つ太陽電池が、世界の注目を集めている。
電圧が高く、簡単に作れるため、現在主流のシリコンを利用したものに比べて格段に安い太陽電池を作れる可能性があるためだ。ペンキのように自動車の車体に塗って発電することもできるという。
大型の火力発電と競争することを目指して企業や研究者らが掲げてきた1キロワット時当たり7円という発電コストを「楽にクリアできる」との声も関係者から出ている。
この太陽電池は、鉛や炭素などが「ペロブスカイト」と呼ばれる特殊な結晶構造になった物質。2006年、桐蔭横浜大の宮坂力教授らのチームが発電にも利用できることを報告した。
当初は発電効率が低く、それほど注目されなかったが、12年に英オックスフォード大と共同で、10%を超える効率の太陽電池ができたと米科学誌サイエンスに発表すると、世界中で研究に火が付いた。
その後、各国から、高効率化したとの成果が次々と発表され、同誌は13年の十大成果の一つに選んだ。14年には、シリコン系と比べても引けを取らない約20%の効率に達した。
まだ材料に有害な鉛を使わなければならないという課題があるが、
「年内にも実用化に向けた試作品が発表されるのではないか」
と宮坂教授はみる。
ペロブスカイト太陽電池は、シリコン系に必要な真空や高温の製造設備が要らず、1平方メートル当たり150円程度の原材料を塗るだけで発電できるのが特徴。
車体や建物の壁、IT機器などで利用が期待され、宮坂教授は「将来は、車体で発電した電気で走る車や、室内の明かりで作動するコンセントの要らないIT機器ができるかもしれない」と話している。
有機無機ペロブスカイト太陽電池
chemistry.or.jp/division-topics/2014/04/post-6
有機無機ハイブリッド構造のペロブスカイト結晶を光吸収に用いる太陽電池のエネルギー変換効率が急速に向上し,シリコン太陽電池に迫る16%を超える効率に届いている。CH3NH3PbX3(X =ハロゲン)の組成から成るペロブスカイトは,溶液塗布と乾燥によって容易に薄膜が形成される。
1990 年代に我が国でそのユニークな物性と発光特性が研究され,2009 年にこれを光電変換に使った最初の研究を筆者らが報告した1)。
当時は色素増感太陽電池の固体増感剤として酸化還元電解液を組み合わせた系であったが,2012 年にはこれを有機の正孔輸送材料と接合した全固体の素子で10%を超える効率を実現した2)。
その後,層構成に改良が加えられて1ヵ月単位で高効率化の成果が続々とNature,Science に発表され,2013 年にはScience 誌のBreakthrough of the year に選ばれている。
高効率の原資となっているのは強い光吸収(集光)能力と,1 V を超える高い出力電圧である。
後者にはこのハイブリッド結晶が光電子と正孔の両方を再結合なく長距離に移動できる物性をもつ特徴が寄与しており,DFT 計算によっても再結合の抑制される構造が検証されている。この効果は,ペロブスカイト塗布膜が強い発光を与える現象にもつながる3)。
厚さ300 nmのCH3NH3PbI3は,800 nm(1.55 eV)までの可視光を全吸収し,ほぼ量子効率1 で電子に変換する。
1.55 eV から1 V以上の開回路電圧(Voc)を取り出せる素子構成は,標準のSpiroMeOTAD に替えて様々な有機と無機の材料(ポリチオフェン,フラーレン, CuSCN 等)を電荷輸送に使う応用も可能にしている。
素子作りは溶液塗布法を全層に使えるために高速で低コストの製造にもつながる。
低温製膜でプラスチック基板上に作ったフレキシブル太陽電池も効率10%を超えており,ペロブスカイト結晶が単品で光吸収と電荷輸送を兼ね,高光起電力を実現する能力が,周辺素材を変えた多様な高効率セルを可能にしていると考えてよいだろう。筆者らもVoc が1.2 V に迫るペロブスカイト太陽電池を見いだしている。
perovskite構造
windofweef.web.fc2.com/library/pattent_room/246