多環芳香族炭化水素を正孔輸送層に用いた
長寿命ペロブスカイト太陽電池
有機・炭素ナノ材料ユニット (成田明光 准教授)
エネルギー材料と表面科学ユニット（ヤビンチー 教授）
グループリーダー研究員 大野ルイス勝也

ハロゲン化ペロブスカイト：
イオン結晶性を持つ半導体
結晶組成： ABX3

A サイト：CH3NH3＋, HC(NH2 )2 ＋, Cs＋
B サイト：Pb2+, Sn2+
X サイト：Cl–, I–, Br–
D. Weber, Z. Naturforsch. B 33 (1978) 862.
G.E. Eperon, H.J. Snaith et al., Energy Environ. Sci. 7 (2014) 982.

特徴：
✓ 組成（A, B, X ）の組み合わせで吸収波長、電子正孔移動度、変換効率、耐久性に影響を及ぼす✓ 溶液塗布法（印刷）と気相法でペロブスカイト薄膜が作れる（例：スピンコーティング、ブレードコーター、真空と科学蒸着法など）✓ 低温度（100-150℃）で合成できる
A. Kojima, T. Miyasaka et al., J. Am. Chem. Soc. 131 (2009) 6050.
H.S. Kim, N.G. Park et al., Sci. Rep. 2 (2012) 591.
M.M. Lee, T. Miyasaka, H.J. Snaith et al., Science 338 (2012) 643.

ペロブスカイト太陽電池の層構成
メソポラース構造

プラナー構造逆型プラナー構造

Au/Ag (+)
HTL

Au/Ag (+)
HTL

Al/Ag (–)
ETL

Perovskite

Perovskite

Perovskite

ETL

ETL

HTL

FTO or ITO (–)

FTO or ITO (–)

FTO or ITO (+)

カーボン電極を用いた構造

HTLの無い構造

PAHをHTLとして用いた
逆型プラナー構造

Carbon (+)

Au/Ag (+)

シリコン

Perovskite

Perovskite

Al/Ag (–)
ETL

ETLETL

Perovskite

FTO or ITO (–)

FTO or ITO (–)• ITO: インジウムスズ酸化物• FTO: フッ素ドープ酸化スズ

PAH

ITO (+)• HTL(Hole transport layer): 正孔輸送層• ETL(Electron transport layer): 電子輸送層• PAH(Polycyclic aromatic hydrocarbon):
多環芳香族炭化水素

ペロブスカイト太陽電池の層構成
シリコン

逆型プラナー構造e−
C60

Perovskite

LOAD

Al/Ag (–)
ETL
Perovskite

h+電流

HTL

Light

ガラス板

FTO or ITO (+)

PAHをHTLとして用いた逆型プラナー構造
Al/Ag (–)
ETL

逆型プラナー構造の特徴：✓ プラナー構造より動作寿命が高い✓ 溶液塗布法と気相法で作れる✓ 正孔輸送材料の選択肢が増える• ITO: インジウムスズ酸化物• FTO: フッ素ドープ酸化スズ

Perovskite
PAH
ITO (+)• HTL(Hole transport layer): 正孔輸送層• ETL(Electron transport layer): 電子輸送層• PAH(Polycyclic aromatic hydrocarbon):
多環芳香族炭化水素

T. Wu, X. Liu, Y. B. Qi, L. Han et al., Nano-Micro Lett. 2022, 14, 99

新技術の特徴

成田明光 准教授

ヤビンチー 教授

✓ Self-anchor : PAHのカルボキシ基が酸化インジウムスズ（ITO)層に配置することで、強い結合が発生する✓ 良好な光安定性✓ 大面積ソーラーモジュールに対応
Self-anchor

T. Wu, X. Xu, L. K. Ono, A. Narita*, Y. B. Qi* et al., Adv. Mater. 2023, 2300169

PAHを用いた
逆型ペロブスカイト太陽電池の特徴 1• ペロブスカイト太陽電池の高性能化（22％）
AgETLPAH

C60

ITO

フェニルC61酪酸メチルエステル[2-(3,6-ジメトキシ-9H-カルバゾール-9-イル)エチル]
ホスホン酸
東京化成工業株式会社

Perovskite

ガラス板

カルボキシ基→T. Wu, X. Xu, L. K. Ono, A. Narita*, Y. B. Qi* et al., Adv. Mater. 2023, 2300169

PAHを用いた
逆型ペロブスカイト太陽電池の特徴 2• ペロブスカイト太陽電池の長寿命化（3175時間のT80動作寿命）

 T80

T. Wu, X. Xu, L. K. Ono, A. Narita*, Y. B. Qi* et al., Adv. Mater. 2023, 2300169

PAHを用いた
逆型ペロブスカイト太陽電池の特徴 3ホール注入層

変換効率
(%)

動作時間
(hour)

平均劣化率(% hour–1)

参考文献

Poly-TPD

20.1

1010

0.0198Science 2020, 369, 96

PTAA

23.0

15000.0187

Science 2022, 376, 416

P3CT-N

21.8

6000.0373

Science 2022, 375, 434

TPADPP

21.6

5000.0260

CCS Chemistry 2022, 4, 3084

FMPA-BT-CA

22.3

12000.0079

ACS Appl. Mater. Interfaces 2022,
14, 43547

EADR0421.0

2500.0160

Energy Environ. Sci. 2021, 14, 3976

MeO-2PACz

21.3

4000.0500

ACS Materials Letters 2022, 4, 1976

MPA-Ph-CA

22.5

8000.0063

ACS Materials Letters 2022, 4, 1976

SA-BPP

22.0

2000

0.0063This work

MeO-2PACz

20.66300.0324

This workPTAA

20.2

1050

0.0192This work

シリコン太陽電池の経年劣化率は年間で0.3~0.5% (5.7x10–5 % hour–1)
T. Wu, X. Xu, L. K. Ono, A. Narita*, Y. B. Qi* et al., Adv. Mater. 2023, 2300169

実用化に向けて• 大面積太陽電池モジュールにも適用可能
有効面積 22.4 cm2
最大電力点

★

T. Wu, X. Xu, L. K. Ono, A. Narita*, Y. B. Qi* et al., Adv. Mater. 2023, 2300169

OIST研究機器・分析装置

FEI - Helios G3 UC

Bruker - D8 Discover

Horiba - XGT-7000
FEI - Quanta 250

Kratos - Axis Ultra HSA

Hamamatsu Photonics Streakscope C10627-03

Quantum Design - Dynacool

Tokyo Instruments Nanofinder 30

Bruker - Vertex 80V

ULVAC - CAM-S

https://groups.oist.jp/prs/

企業への期待OISTのペロブスカイト太陽電池の技術ポートフォリオ
OIST独自の化学蒸着法（CVD)➢ 成膜技術➢ 測定技術➢ その他周辺技術 多数あり

1x1m2 の実用化サイズのパネルを目標
Aim to finish 1x1m2 perovskite solar panel technology

成膜技術、周辺技術等、全9特許あり

本技術に関する知的財産権
発明の名称： 正孔選択性コンタクト材料、光電変換デバイス 及び 多環
芳香族炭化水素化合物
原題 「Hole-selective Contact Material, Photoelectric Conversion Device andPolycyclic Aromatic Hydrocarbon Compound」

出願番号 ： 特願2023-030557
出願人： 沖縄科学技術大学院大学学園

発明者： ヤビン チー、成田 明光、ウー ティンハオ、シュウ シューシャ、
嘉部 量太、大野 ルイス 勝也、マリオッティ シルビア、ラジ サウラヴ、吉岡 蓮吾

お問い合わせ先
沖縄科学技術大学院大学

TEL： 098-966-8937
FAX： 098-982-3424
E-mail : tls@oist.jp .

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