スイッチ内蔵の鉛フリー太陽電池材料の開発に成功(Scientists Grow Lead-Free Solar Material With a Built-In Switch)

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2022-08-30 ローレンスバークレー国立研究所(LBNL)

DOEのローレンス・バークレー国立研究所(バークレーラボ)の科学者が率いる研究チームは、カリフォルニア大学バークレー校と共同で、太陽電池の製造をよりシンプルにする独自の回避策を実証した。この材料は、科学者が「強誘電性」と呼ぶ特性によって実現したもので、電場を内蔵した結晶性太陽電池材料。この材料は、今年初め、Science Advances誌に報告された。
新しい強誘電体材料は、研究室で三臭化セシウムゲルマニウム(CsGeBr3またはCGB)から成長させたもので、太陽電池デバイスの製造がより容易になる道を開くものである。従来の太陽電池材料とは異なり、CGB結晶は本質的に分極しており、結晶の片面には正の電荷が、もう片面には負の電荷が蓄積され、ドーピングは不要である。
CGBの光吸収は、可視光から紫外線(1.6~3電子ボルト)までの範囲で調整可能であることがわかったのである。このような調整能力は、従来の強誘電体にはほとんど見られない。

<関連情報>

半導体全有機ハロゲン化物ペロブスカイトの強誘電性 Ferroelectricity in a semiconducting all-inorganic halide perovskite

Ye Zhang ,Eric Parsonnet,Abel Fernandez,Sinéad M. Griffin ,Huaixun Huyan,Chung-Kuan Lin ,Teng Lei,Jianbo Jin ,Edward S. Barnard ,Archana Raja,Piush Behera ,Xiaoqing Pan ,Ramamoorthy Ramesh,Peidong Yang
Science Advances  Published:9 Feb 2022
DOI: 10.1126/sciadv.abj5881

スイッチ内蔵の鉛フリー太陽電池材料の開発に成功(Scientists Grow Lead-Free Solar Material With a Built-In Switch)

Abstract

Ferroelectric semiconductors are rare materials with both spontaneous polarizations and visible light absorptions that are promising for designing functional photoferroelectrics, such as optical switches and ferroelectric photovoltaics. The emerging halide perovskites with remarkable semiconducting properties also have the potential of being ferroelectric, yet the evidence of robust ferroelectricity in the typical three-dimensional hybrid halide perovskites has been elusive. Here, we report on the investigation of ferroelectricity in all-inorganic halide perovskites, CsGeX3, with bandgaps of 1.6 to 3.3 eV. Their ferroelectricity originates from the lone pair stereochemical activity in Ge (II) that promotes the ion displacement. This gives rise to their spontaneous polarizations of ~10 to 20 μC/cm2, evidenced by both ab initio calculations and key experiments including atomic-level ionic displacement vector mapping and ferroelectric hysteresis loop measurement. Furthermore, characteristic ferroelectric domain patterns on the well-defined CsGeBr3 nanoplates are imaged with both piezo-response force microscopy and nonlinear optical microscopic method.

0400電気電子一般
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