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国立大学法人東海国立大学機構 黑料网大学院工学研究科および未来社会创造机构マテリアルイノベーション研究所の松尾 豊 教授らの研究グループは、真空蒸着プロセスに使用でき、形態的に安定な蒸着膜を与えるフラーレンの誘導体を開発しました。これを電子輸送層に用い、耐久性が高いペロブスカイト太阳电池を作製しました。
このフラーレン诱导体の薄膜は、真空蒸着直后も150℃に加热した后もアモルファス^注5)薄膜であり、加熱により薄膜の形態が変化しませんでした。このような形態安定性はペロブスカイト太阳电池の耐久性向上に寄与しました。通常のフラーレン（颁₆₀）を用いたペロブスカイト太阳电池ではC₆₀の結晶化のために薄膜形態が変化し、作製直後から性能が低下しましたが、今回作製した、フラーレン誘導体を用いたペロブスカイト太阳电池では、このような特性低下はみられませんでした。
ペロブスカイト太阳电池は現在主流の太陽電池に比べて低コスト化?軽量化が見込まれ、次世代の太陽電池として期待されています。今回の研究成果は、普及における最大の課題であった耐久性の向上を実現したことで、実用化へ貢献することが期待されます。また、形態的安定な真空蒸着膜を与えるフラーレン誘導体は、高い熱安定性、耐光性をもち、塗布プロセスにも蒸着プロセスにも使用できる扱いやすいｎ型有机半导体^注6)であり、有机薄膜太阳电池や有机光ダイオードなどの光电変换素子^注7)の発展にも寄与することが期待されます。
本研究成果は、2023年12月8日付アメリカ化学会誌『Journal of the American Chemical Society』のオンライン速報版に掲載されました。

【ポイント】

?次世代太陽電池として注目されるペロブスカイト太阳电池^注1)の、実用化に向けた最大の课题は耐久性向上である。
?真空蒸着^注2)が可能で、形态的に安定な薄膜を与えるフラーレン诱导体^注3)を开発した。
?电子输送层^注4)として用いることにより、ペロブスカイト太阳电池の耐久性を向上させた。
?有機光ダイオード等、有机エレクトロニクスの発展への貢献も期待される。

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【用语説明】

注1）ペロブスカイト太阳电池:
ペロブスカイト构造とよばれる结晶构造を持つ物质を用いて作られた太阳电池。従来のシリコン太阳电池よりも軽量で柔软性があり、再生可能エネルギー分野における次世代太阳电池に位置づけられている。
注2）真空蒸着：
物质を真空中で加热して蒸発させ、その蒸気を被覆対象の表面に堆积させて物质の薄膜を作製する方法。
注3）フラーレン诱导体：
フラーレン（颁₆₀）に有机分子を取り付けた化合物をフラーレン诱导体という。フラーレンの性能向上のために、有机合成により有机物が取り付けられる。
注4）电子输送层：
太阳电池の発电层において生成した电子と正孔のうち、电子のみを捕集し电极に渡す层。电子输送层の中では电子のみが输送される。
注5）アモルファス：
物质が结晶构造を持たず、定期的なパターンや结晶性が欠如している状态を指す。结晶性がないため、原子や分子はランダムに配置されており、特定の长距离秩序が形成されていない。このような状态の物质は、结晶性を持つ物质とは异なる物理的特性を示すことがある。
注6）ｎ型有机半导体：
半導体として振る舞う有機物のうち、電子を受け取り、電子を輸送する材料。負の電荷をもつ電子のみを流し、正の電荷をもつ正孔（ホール）は流さない。このような電荷の選択性をもつ材料は、太陽電池のような電子デバイスを構築するにあたり必須となっている。太陽電池の発電層が光を吸収して電子と正孔が生じ、n型有机半导体は電子のみを選択的に受け取り、流すことができる。
注7）光电変换素子：
光を電気信号に変換させる素子。フラーレン誘導体などの有机半导体を用いて作製される有機光電変換素子は、デジタルカメラの高解像度化、スマートフォンの全画面指紋認証などに応用されることが期待されている。

【论文情报】

雑誌名：Journal of the American Chemical Society
論文タイトル：Evaporable Fullerene Indanones with Controlled Amorphous Morphology as Electron Transport Layers for Inverted Perovskite Solar Cells
着者：Qing-Jun Shui, Shiqi Shan, Yong-Chang Zhai, 青柳 忍, 伊澤誠一郎, Miftakhul Huda, Chu-Yang Yu, Lijian Zuo, Hongzheng Chen*, Hao-Sheng Lin*, 松尾 豊*
(*は责任着者、下线は本学関係者)
DOI: 10.1021/jacs.3c07192
URL:

【研究代表者】