エネルギー変換効率２５％超の展望

ぺロブスカイト型薄膜太陽電池の開発と最新技術■有機無機ハイブリット化から生まれた全く新しい太陽電池
─日本発の技術として世界的に注目されている■非真空の溶液塗布法によって安価に製膜できるというメリット
も産業界の関心の的■化合物半導体に近いセル特性、高電圧をひきだせる（変換効率22％を超えるものも報告されている）■耐久性の向上や長寿命化も期待できる■発行 :2014年12月■定価（本体54,000円 + 税）
■ B5・224頁（ISBN978-4-907837-25-9）

編集

宮坂力（桐蔭横浜大学）
瀬川浩司（東京大学）◆出版のねらい（本書“はじめに”より） 
有機無機ペロブスカイト結晶を光吸収材料に用いる光電変換が、シリコン太陽電池に迫る高いエネルギー変換効率に届き、太陽電池開発の新しい分野を確立している。この新しい光電変換方法は、桐蔭横浜大学と東京大学の共同研究として最初の論文発表（2009年、アメリカ化学会誌）を行ったのが始まりであり、日本発の技術としても世界的に注目されている。現在、高い効率で注目される固体薄膜型のペロブスカイト太陽電池の研究は2012年に始まり、わずか2年の研究期間を経て2014年にはこの太陽電池の技術限界に近い19％以上の変換効率に届いている。この急速に進化する技術の背景には、ペロブスカイト光電変換に参画する研究者と研究グループが世界的規模で急増している状況があり、その変化は論文数にも表れている。わが国では、光電変換材料として用いられる前に、有機無機ペ
ロブスカイトの二次元、三次元の結晶作りとその光物性そして非線形光学素子への応用に関する学術研究がすでに90年代に行われ、貴重な基礎研究の基盤ができあがっている。光電変換の研究開発は、この基盤の上に立ちながら、質の高い日本独自の技術として今後大きく成長していくことが期待される。有機無機ペロブスカイトは、極めて学際的な研究対象であり、化学で作り合成による機能発現の自由度が高い材料であるとともに、固体物性として GaAs などの無機化合物半導体に劣らない電子物性を備えていることが解明されつつある。化学合成による構造変換は広い範囲で波長特性のチューニングを可能にし、一方で、無機半導体と同様な物理的ドーピングによる物性改変の可能性も広げている。このために、応用は光発電利用のみならず、ダイオードとして光エレクトロニクス分野にも広がりつつある。ここで、ペロブスカイトが非真空の溶液塗布法によって安価に製膜できるという特異なメリットも産業界の関心の的となっている。そこで、今回、ペロブスカイト薄膜太陽電池について最新の開発状況をまとめ、本分野の発展の一助となればと考えている。

◆構成と内容及び執筆者（詳細裏面）
第１編
第１章
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第２章
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第２編
第１章
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第２章
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第３章
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第４章
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ペロブスカイト太陽電池の研究開発動向
有機無機ペロブスカイト太陽電池の特徴と高効率化
宮坂力 桐蔭横浜大学
ペロブスカイト型太陽電池の最新研究
開発動向
中崎城太郎、瀬川浩司 東京大学
ペロブスカイト太陽電池の材料技術
有機無機ペロブスカイトの作製法と光物性江良正直 佐賀大学
ハロゲン化鉛ペロブスカイト型半導体の基礎物性
近藤高志 東京大学
有機無機ハイブリッドペロブスカイト
材料の合成竹岡裕子 上智大学
有機無機ハイブリッドペロブスカイト
材料の光学特性
江馬一弘 上智大学

第５章

有機金属ハライドペロブスカイト材料のＸ線結晶構造解析
若宮淳志・山田泰裕・金光義彦 京都大学
第６章 塩化メチルアンモニウムを用いたペロブスカイト太陽電池の作製方法と析出制御
野々村一輝、瀬川浩司 東京大学
第７章 ペロブスカイト型太陽電池の物性評価と有機電導材料の開発
堀内保・川村怜・八代徹・田中裕二 ㈱リコー
第３編 ペロブスカイト太陽電池の高効率化に向けたセル作成技術
第１章 高効率ペロブスカイト太陽電池の構造設計
宮坂力、池上和志、陳 信偉、呉 冠霖、
古郷敦史、實平義隆、沼田陽平 桐蔭横浜大学
第２章 塗布型ペロブスカイト型太陽電池のモ
フォロジー制御
韓礼元 （独）物質・材料研究機構
第３章 Advanced technologies ofperovskite-based thin film solar cells

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第４章
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第５章

第６章

第７章

第８章

Nam-Gyu Park SKKU
近赤外線に光電変換能を有するペロブ
スカイト太陽電池
早瀬修二 九州工業大学
無機ホール輸送技術を使用した鉛ハラ
イドペロブスカイト型太陽電池の作製
伊藤省吾 兵庫県立大学
ペロブスカイト型太陽電池における高電圧化の要素技術
石井あゆみ 青山学院大学
宮坂力 桐蔭横浜大学
ペロブスカイト型太陽電池を用いたタ
ンデムセルの作製木下卓巳、瀬川浩司 東京大学
有機系太陽電池、ハイブリッド型太陽電池の性能評価法
斎藤英純・高木克彦  
（公財）神奈川科学技術アカデミー

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GK20161114

構成と内容及び執筆者
第１編 ペロブスカイト太陽電池の研究開発動向
第１章

有機無機ペロブスカイト太陽電池の特徴と高効率化
桐蔭横浜大学 宮坂 力
１．色素増感から生まれた有機無機ペロブスカイ
ト太陽電池
２．全固体有機無機ペロブスカイト太陽電池の登場
３．数μ m におよぶ電荷移動距離：励起子機構とバンド電導機構
４．高い電圧に支えられた高効率化開発
５．実用化へ向けて

第２章

ペロブスカイト型太陽電池の最新研究
開発動向
東京大学 中崎城太郎・瀬川浩司
１．はじめに─日本の太陽光発電の現状
２．有機系太陽電池の新展開─「ペロブスカイト
太陽電池」の登場
３．有機系太陽電池材料としての有機金属ハライ
ドペロブスカイト
４．ペロブスカイト太陽電池に対する初期のアプ
ローチ
５．有機金属ハライドペロブスカイト太陽電池の本質
６．有機金属ハライドペロブスカイト太陽電池の展開
７．ペロブスカイト太陽電池のさらなる高効率化に向けて
８．おわりに第２編 ペロブスカイト太陽電池の材料技術
第１章

有機無機ペロブスカイトの作製法と光物性
佐賀大学 江良正直
１．はじめに２．ハロゲン化鉛系層状ペロブスカイト化合物の作製法
２－１．単結晶材料の作製（１） 溶媒蒸発法（２） ゲル法（３） 貧溶媒拡散法
２－２．薄膜試料作製法（１） スピンコート法（２） ディッピング法（３） 二元共蒸着法（４）二段階蒸着法（５） Langmuir-Blodgett(LB) 法
３．ハロゲン化鉛系層状ペロブスカイトの自己組織性を用いた有機無機ナノハイブリッドの作
製及びその光電子物性

第２章

１
２
３
４

ハロゲン化鉛ペロブスカイト型半導体
の基礎物性

はじめに
結晶構造
電子構造
キャリアの振るまい

第３章

東京大学

近藤高志

有機無機ハイブリッドペロブスカイ
ト材料の合成
上智大学 竹岡裕子
１．はじめに２．
二～三次元鉛系ペロブスカイト化合物の作製法
２－１．スピンコート法
２－２．真空蒸着法
２－３．二段階浸漬法（Two-step dipping 法）
２－４．インタ―カレ―ション法（Self-intercalation 法）

２－５．セルフアッセンブリー法（Self-assembly 法）
２－６．Langmuir-Blodgett 法（LB 法）
３．低次元系 Pb ペロブスカイト化合物の作製法
４．おわりに

第４章

有機無機ハイブリッドペロブスカイ
ト材料の光学特性
上智大学 江馬一弘
１．はじめに
２．有機無機ペロブスカイト量子井戸構造
３．２次元構造の励起子
４．有機層・無機層間のエネルギー移動

第５章

有機金属ハライドペロブスカイト材
料のＸ線結晶構造解析

第３章 Advanced technologies of perovskitebased thin film solar cells
SungkyunkwanUniversity Nam-Gyu Park
１．Historical background of organometal halide
perovskite
２．Structure and opto-electronic properties oforganometal halide perovskite
３．Technologies for high efficiency perovskite
solar cells
３－１．Size controlled growth of
CH₃NH₃Pbl₃crystals
３－２．Phase-transition-free HC(NH₂)₂Pbl₃
４．Hysteresis issue
５．Summary and outlook
６．Acknowledgments.


京都大学 若宮淳志・山田泰裕・金光義彦
１．はじめに
２．ペロブスカイト型太陽電池の作製方法
３．材料の純度が及ぼす影響
４．Pb 錯体のＸ線結晶構造解析
５．鉛ハライド型ペロブスカイトの光物性と発電メカニズム
６．今後の展望

第４章 近赤外線に光電変換能を有するペロブ
スカイト太陽電池

第６章

第５章 無機ホール輸送技術を使用した鉛ハラ
イドペロブスカイト型太陽電池の作製

塩化メチルアンモニウムを用いたペロブスカイト太陽電池の作製方法と
析出制御


東京大学 野々村一輝・瀬川浩司
１、はじめに２、ペロブスカイト太陽電池の構造及び典型的な作製方法
３、ペロブスカイト太陽電池の再現性
４、ペロブスカイト太陽電池の安定性向上に向けて
５、おわりに第７章 ペロブスカイト型太陽電池の物性評価と有機電導材料の開発
株式会社リコー

堀内保、川村怜、
八代徹、田中裕二


九州工業大学 早瀬修二
１．はじめに
２．Sn/Pb カクテルペロブスカイト太陽電池
３．Sn ペロブスカイト太陽電池（Pb free ペロブスカイト太陽電池）
４．結論


兵庫県立大学 伊藤省吾
１．はじめに
２．序論
３．実験
３－１．酸化チタン電極の作製
３－２．CH₃NH₃Pbl₃ペロブスカイト層の形成
４．結果
４－１．CH₃NH₃Pbl₃ペロブスカイト層構造に関する検討
４－２．CH₃NH₃Pbl₃ペロブスカイト太陽電池
の光電特性
５．結論

１．物性測定２．デバイス作製条件検討
３．スプレー製膜の検討
４．前処理検討
５．ＣＨ₃ＮＨ₃Ｉの塗布条件検討
６．spiro-OMeTAD 塗布条件検討
７．異種金属化合物混合検討
８．ホール輸送材料の検討

第６章

第３編 ペロブスカイト太陽電池の高効率化に向けたセル作成技術

第７章

第１章 高効率ペロブスカイト太陽電池の構造
設計

桐蔭横浜大学 宮坂 力、池上和志、陳 信偉、
呉 冠霖、古郷敦史、實平義隆、沼田陽平
１．有機無機ペロブスカイト太陽電池の高効率化
２．塩素ドープ型ペロブスカイトを用いる太陽電池
３．大気雰囲気下で作製する高効率ペロブスカイ
ト太陽電池
４．二段階製膜法による高効率ペロブスカイト太陽電池
５．光電変換ヒステリシスに現れるペロブスカイ
トの強誘電性
６．実用化への期待

第２章

塗布型ペロブスカイト型太陽電池のモフォロジー制御（独）物質・材料研究機構 韓 礼元
１．まえがき２．TiO₂ブロッキング層のモフォロジーの制御
３．ペロブスカイト層のモフォロジーの制御
４．おわりにペロブスカイト型太陽電池における高電圧化の要素技術

青山学院大学 石井あゆみ
桐蔭横浜大学 宮坂 力
１．キャリア輸送性有機材料の検討
２．有機配位子による無機・有機半導体界面の制御
３．ハロゲン化鉛系ペロブスカイトを用いた全結晶ハイブリッド型太陽電池の開発と高電圧化


ペロブスカイト型太陽電池を用いたタンデムセルの作製東京大学 木下卓巳・瀬川浩司
１．はじめに
２．太陽光発電とタンデム型セル
３．ペロブスカイト型太陽電池を用いたタンデムセル
４．DSSC を用いたペロブスカイト型タンデムセル
５．その他の太陽電池を用いたペロブスカイト型
タンデムセル
６．おわりに

第８章

有機系太陽電池、ハイブリッド型太陽電池の性能評価法（公財）神奈川科学技術アカデミー 斎藤英純・高木克彦
１．有機系太陽電池の性能評価の実態
２．基本的なＩ－Ｖ測定
３．ＤＳＣ特有の問題
４．測定時の温度管理
５．遮光マスクによる発電面積の規定
６．被測定セルの固定と余分な光の排除
７．ＤＳＣの性能評価法（案）７－１．ＤＳＣ性能測定の項目
７－２．測定の手順
８．雰囲気制御が可能な試料固定台