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最新熱触媒及び熱電変換素子工学論 ②

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彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救
ったと伝えられる"招き猫"と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備
え。(戦国時代の軍団編成の一種で、あらゆる武具を朱塗りにした
部隊編のこと)の兜(かぶと)を合体させて生まれたキャラクタ。

✺ 効率32.0%の屋内ペロブスカイト太陽電池


PVデバイスの概略図 画像:マヒドン大学、

7月7日、タイのマヒドン大学の研究グループは、低コストの炭素電
構造の屋内ペロブスカイト太陽電池を構築。製造プロセスは、貧溶
媒堆積と真空熱アニーリング(VTA)に基づき、ペロブスカイト膜の
品質が向上すると報告。使用して、低照度アプリケーション用のト
リプルカチオンペロブスカイト太陽電池を開発。 「VTAは、励起子
損失の主な原因である表面と粒界のトラップ状態を抑制しながら、
コンパクトで高密度で硬い形態をもつ、高品質のペロブスカイト層
を生成するための第300ステップが重要である。室内の光強度は太
陽光の300分の1と弱く、真空熱焼鈍によって誘導された緻密で均質
なペロブスカイト形成が貴重となる。同グループは、制御可能な圧
力(真空ポンプ)で、温度調整したホットプレートの上に配置した
真空フラスコで実装。臭化物と塩化物で処理したととして知られる
ペロブスカイト材料 FA0.45MA0.49Cs0.03Pb(I0.62Br0.32Cl0.06)3を使用。処
理後のエネルギーバンドギャップは 1.80 eVであった。

フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、酸化スズ(IV)(SnO2)に基づく電子輸送
層(ETL)、ペロブスカイト吸収体、Spiro-OMeTADからなる正孔輸送
層(HTL)、カーボン上部電極、および別のFTO層でセルを構築。デバ
イスのアクティブエリアは0.04cm2。
1, 000ルクスの室内光の下のテストでは、セルは27.7%の電力変換
効率、0.93Vの開回路電圧、および0.16mA /cm2の短絡電流を示した。
ピーク効率は最大32.0%に達す。VTA処理なしのリファレンスデバイ
スは、効率25.5%、開放電圧0.91V、短絡電流0.16mA/cm2cmを達成し
た。ピーク効率は30.7%に達す。VTAは、バルクと表面の両方で表面
粗さと電子トラップの減少につながる。VTAベースのセルの優れた性
能は、堅牢なペロブスカイト形成へ基礎となり、現代社会の望まし
いオプトエレクトロニクスアプリケーションに向けて、さまざまな
ペロブスカイト組成に実際に適合させることができる。
この太陽電池は、Scientific Reportsに掲載される研究「室内ペロブス
カイト太陽電池のための真空熱アニールによる堅牢なペロブスカイ
ト形成」で報告された。
【関連論文】
Penpong, K., Seriwatanachai, C., Naikaew, A. et al. Robust perovskite for-
mation via vacuum thermal annealing for indoor perovskite solar cells. ;
真空熱アニーリングによる屋内ペロブスカイト太陽電池用の堅牢なペロ
ブスカイト形成
Sci Rep 13, 10933 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-37155-4
【要約】
ペロブスカイト材料は、次世代ソーラーデバイスの魅力的な候補で
あり、電荷キャリアの寿命が長いメタルハライドペロブスカイトは
低照度収穫に適した候補であることが知られる。室内光の放射照
度スペクトルを一致させるために、臭化物と塩化物FA0.45MA0.49Cs0.03
Pb(I0.62Br0.32Cl0.06)3を使用し、最適なバンドギャップ(Eg) の∼ 1.80 eV.
屋内条件での光子束が低いため、最小限の再結合が非常に望ましい。
そのために、初めて、対向積層防止と真空熱アニールの2つの用途、
すなわちVTAを組み合わせて、高品質のペロブスカイト膜を作製し
た。VTAは、励起子損失の主な原因である表面や粒界のトラップ状
態を抑制しながら、コンパクトで高密度の硬い形態をもたらす。低
コストの炭アーキテクチャでは、VTAデバイスは平均電力変換効率(
PCE)が27.7±2.7%、ピークPCEが0.50%(ショックレー・クイサー限
界が50〜60%)、平均開回路電圧(Vティッカー) 0.93 ± 0.02V、ピ
ーク Vティッカー0.96Vで、制御および加熱前の真空処理のものよ
りも大幅に多い。
【緒言】
 人口爆発と産業の拡大により、エネルギー需要は劇的に増加する。
メタルハライドペロブスカイトベースの材料は、次世代の太陽電池
デバイスの魅力的な候補。並外れた光から電気への変換特性と、時
間の経過とともにPCEが 25%以上に急速に増加するため、シリコン
太陽電池に匹敵する PCEを備えた将来の商業用途に非常に有望であ
る。さらに、ペロブスカイト太陽電池 (PSC) は、m範囲、および
1.47から3.06eV以上まで調整可能なエネルギーバンドギャップ(Eg)。
可視スペクトル 3 にわたる高い吸収、低い励起子結合エネルギー、
低い非放射再結合率 μ単位での長い電荷キャリア拡散長など、優
れた光電子特性を備える。興味深いことに、PSCの製造プロセスは、
100℃未満の温度での高い溶解性により、エネルギー消費が少なく、
容易かつ経済的である。ペロブスカイト材料は、スピンコーティン
グ、蒸気アシスト溶液堆積、熱蒸着、インクジェット印刷、スロッ
ト ダイ コーティング、スプレー コーティングなどのいくつかの
アプローチを使用して堆積できるが、スピンコーティング堆積は実
験室規模のペロブスカイト製造の簡単な方法であり、ワンステップ
スピンコーティングは、前駆体溶液を基板上に直接スピンコーティ
ングする技術。ワンステップの堆積で反溶媒を使用した、カチオン
ドーピングを繰り返したり、いくつかの添加剤を追加したりするこ
とで、均一で緻密なペロブスカイト膜とともに大きな粒径を得るこ
とができる。 興味深いことに、ABX3 構造を持つペロブスカイトベ
ースの材料などは、任意の部位 (A、B、および/または X) で置換
エンジニアリングによって調整できる。これはペロブスカイト技術
の利点であり、発光ダイオード (LED) などのいくつかのアプリケ
ーションが可能となる。
屋外と屋内の両方の条件に対応する光検出器 (PD)、および太陽電池。
これまで、同グループは、モノのインターネット(IoT)の台頭に
より、ポータブル電子機器や無線通信技術に適用できる低照度用の
太陽光発電に多くの注目を集めてきた。ペロブスカイトベースの材
料はエネルギーバンドギャップに関して幅広く調整可能であり、特
定の光条件下で最適なパフォーマンスを得るためにさまざまな Eg
値を使用できる。さらに、ペロブスカイト太陽電池 (PSC) は、m範
囲、および1.47から3.06 eV以上まで調整可能なエネルギーバンド
ギャップ(Eg可視スペクトル にわたる高い吸収、低い励起子結合
エネルギー、低い非放射再結合率 、μ単位での長い電荷キャリア
拡散長など、優れた光電子特性を備える。

爆発と産業拡大により、エネルギー需要は飛躍的に増加し。金属ハ
ロゲン化物ペロブスカイトベースの材料は、次世代ソーラーデバイ
スの魅力的な候補であり、並外れた光電変換特性と、時間の経過と
ともにPCEが25%以上に急速に増加するため、シリコン太陽電池に匹
敵するPCEを備えた将来の商用アプリケーションに非常に有望です。
さらに、ペロブスカイト太陽電池(PSC)は、可視スペクトルにわた
って高い吸収などの優れた光電子特性を備えている。低励起子結合
エネルギー4、低い非放射再結合率5、長い電荷キャリア拡散長μ m
の範囲、および調整可能なエネルギーバンドギャップ(Eg) 1.47か
ら3.06 eV以上6.7.興味深いことに、PSCの製造プロセスは、100℃
未満の温度で高い溶解性のためにエネルギーの消費が少なく、簡単
で経済的。ペロブスカイト材料は、スピンコーティング、蒸気支援
溶液蒸着、熱蒸着、インクジェット印刷、スロットダイコーティン
グ、スプレーコーティングなど、いくつかのアプローチを使用して
堆積できる。しかし、スピンコーティング蒸着は、実験室規模のペ
ロブスカイト製造のための簡単な方法。ワンステップスピンコート
は、前駆体溶液を基板上に直接スピンコートする技術。ワンステッ
プ堆積で貧溶媒を使用したり、陽イオンドーピングを繰り返したり
添加剤を添加したりすることで、均一で緻密なペロブスカイトフィ
ルムとともに、大きな粒径を得ることができる。興味深いことに、
EgABXを用いたペロブスカイト系材料の3構造は、ペロブスカイト技
術の利点である任意のサイト(A、B、および/またはX)での置換エン
ジニアリングによって調整でき、屋外と屋内の両方の条件に対応す
る発光ダイオード(LED)、光検出器(PD)、太陽電池などのいくつか
のアプリケーションを可能にづる。これまで、研究者は、モノのイ
ンターネット(IoT)の台頭により、ポータブル電子機器や無線通信
技術に適用できる低照度用太陽光発電に多くの注意を払ってきた。
ペロブスカイトベースの材料は、エネルギーバンドギャップに関し
て広く調整可能であり、さまざまなEg特定の照明条件下で最適なパ
フォーマンスを得るためのそれぞれの値.屋内光源は太陽光の光源
とは異なるスペクトル出力を提供するため。計算計算による屋内ア
プリケーションに適したエネルギーバンドギャップは1.8〜1.9 eV
の範囲であり、これはAサイトをセシウム(Cs)、メチルアンモニウ
ム(MA)、および/またはホルムアミジニウム(FA)および/またはXサイ
トをヨウ素(I)、臭素(Br)、および/または塩素(Cl)で部分置換する
ことによって達成できる。
Cheng, R. et al. は、BrとClを手付かずのMAPbIに導入することによ
るエネルギーバンドギャップチューニングを報告した。ペロブスカ
イト。Eg1.61 eV~1.80 eVに拡大できます(MAPbI2−xBrClx)。
さらに、塩素を添加すると、トラップ状態密度、ハロゲン化物移動、
および非放射再結合が減少し、結晶化が改善され、高い開回路電圧
(Vティッカー)1.028VのPCEおよび36ルクス蛍光灯の下で2.1000%の
PCE.Cheng, R. et al. ペロブスカイト太陽電池の性能が、特に塩素添
加によって屋内照明用途において改善されることを実証。
塩素ドーピングは、ペロブスカイト/正孔輸送層界面でのより高い
抽出能力に寄与し、これは欠陥が少ないことに起因する。Brを適切
に添加することで、ペロブスカイトの結晶粒径が拡大し、非放射再
結合が抑制された。また、擬立方相の形成により安定性が向上し、3
4.5%のPCEを実現。.ペロブスカイト吸収層とは別に、電子輸送層(
ETL)も重要な役割を果た。Ann, M. H. et al. は、コンパクトなTiO2
(c-TiO2)層は、メソポーラスTiOよりも屋内光用途に効率的であっ
た(m-TiO2)層は、m-TiOの使用による界面トラップの高密度化によ
るものである。m-TiOですが1つの太陽の条件に適していた。Dagar
, J. et al. も酸化スズ(SnO2)屋内照明下でテストされたペロブスカイ
ト太陽電池の電子輸送層として、ルクスで3.400%のPCEを示した.先
行研究から、界面および/または粒界のトラップ状態が非放射再結
合の主な原因である。特に低照度アプリケーションでは、屋内の光
環境下で光を生成する電荷が少ないため、トラップ状態密度が非常
に重要です。この問題を1つの太陽の下で回避するために、結晶化
中の核生成を促進し、貧溶媒を使用せずに残留溶媒を除去するため
の真空処理の適用に注意を払った。Li, X. et al. は真空処理を適用し
てDMSO-GBL溶媒系でFA0.81MA0.15PbI2.51Br0.45を作製し、濡れたフィル
ムを真空環境下に数秒間置き、DMSO-PbI1.7Br0.3-(FAI)0.85(MABr)を促
進した。真空処理を適用してDMSO-GBL溶媒系FA0.81MA0.15PbI2.51Br0.45
を作製し、濡れたフィルムを真空環境下に数秒間置き、DMSO-PbI
1.7Br0.3-(FAI)0.85(MABr)を促進した。溶媒を除去することにより0.1
の中間相。中間相は結晶成長を遅らせる可能性があり、結晶粒径が
大きくなり、1太陽の下で20.5%という高い PCE が得られる。真空
処理を適用してDMSO-GBL溶媒系でFA0.81MA0.15 PbI2.51Br0.45を作製し、
濡れたフィルムを数秒間真空環境下に置いてDMSO-PbI1.7Br0.3 -(FAI
)0.85(MABr)を促進した。



図1.(A) 貧溶媒とその後の熱アニーリング (コントロール)、(B)
貧溶媒と真空とその後の熱アニーリング (VAC)、(C) 貧溶媒と真空
熱アニーリング (VTA)、および (D) デバイス全体のグラフィック
イメージ


図2.(A) コントロール、VAC、および VTA サンプルの XRD パター
ン。 (B–D) コントロール、VAC、および VTA サンプルを使用した S
EM 上面画像。 (E) コントロール、VAC、および VTA サンプルの平
均粒径。 (F–H) コントロール、VAC、および VTA サンプルの AFM
3D 画像。



【結論】
 貧溶媒蒸着と真空熱アニールを併用することにより、高品質なペロ
ブスカイト膜を作製できる新しいペロブスカイト処理法「VTA」を開
発。このアプローチは、真空処理によって誘発された二次核が同時
に成長して一次核から生じたペロブスカイト結晶によって残された
ギャップを埋めるため、堅牢なペロブスカイト形成につながる。そ
の結果、VTA を使用すると、従来の貧溶媒法に比べて、より緻密で
硬い薄膜を実現できる。さらに、VTA は表面粗さを低減し、バルク
と表面の両方で電子トラップをもたらす。 VTAプロセスでは、電極
として低コストのカーボンを使用することにより、1000ルクスの照
度下で27.7 ± 2.7%(ピークPCE32.0%)の平均PCEと0.93 ± 0.02
V(ピークVoc0.96V)のVocを取得した。 太陽光発電の性能は、制御
および VAC の性能よりも大幅に優れている。 VTA は堅牢なペロブ
スカイト形成への扉を開き、現代社会にとって望ましい光電子応用
に向けて、さまざまなペロブスカイト組成に実際に適応できる可能
性がある。

 

 風蕭々と碧いの時



John Lennon Imagine

【 J-POPの系譜を探る:2015年代】

『ラブ ジェネレーション』(Love Generation)は、1997年
10月13日より12月22日まで毎週月曜日21:00 - 21:5 に、フ
ジテレビ系の「月9」枠で放送された日本のテレビドラマ。
主演木村拓哉と松たか子。松たか子は本作で月9初ヒロイン
を務めた。全11話の平均視聴率は30.8%。第3、5、8話以外は
30%以上で、放映当時月9の最高記録となる。大滝榮一が12年
ぶりに新曲「幸せな結末」を発表し、主題歌に使用された。
大滝のシングルとしてはデビューから25年目で初トップ10入
り、初登場から2週連続で2位を獲得、累計売上枚数97.0万枚
となる。 

「幸せな結末」(しあわせなけつまつ)は、大滝詠一の通算
14枚目のシングル。1997年11月12日にSony Records(現:ソ
ニー・ミュージックレーベルズ)から発売された。
前作「フィヨルドの少女 / バチェラー・ガール」(1985年)
以来12年ぶりのシングル。フジテレビ系月9ドラマ『ラブジェ
ネレーション』主題歌として制作され、カップリングの
「Happy Endで始めよう」も同ドラマの挿入歌として使用され
た。 タイトルや自身のアルバム『大瀧詠一』のジャケットを
そのまま使用するなど、セルフパロディ的な作品で、ジャケ
ットを元にしたPVが制作された。 大滝は1980年代半ばから熱
狂的なファンであるフジテレビのプロデューサー(当時)、
亀山千広からドラマ主題歌のオファーを何度も受けた。亀山は
「ロングバケーション的な曲」を望んでおり、作詞の松本隆
と共同作業で作った世界観を一人で作ることは無理と考え、
「近鉄が優勝したら」「近鉄が連覇したら」等の適当な理由
をつけて、すべてやんわりと断った。 大滝は1994年から199
5年までの頃にようやくオファーを受諾したが、作曲が難航。
1996年頃に亀山は待ちきれなくなり、大滝へ正式に使用許可を
願い出て、大滝のアルバムタイトルを当時制作していたドラ
マ『ロングバケーション』に借用する。ドラマ主題歌の話は
一時期流れかけるが、翌年の『ラブジェネレーション』制作
時に曲が完成し、大滝がドラマ主題歌を担当することとなっ
た。『ロングバケーション』で監督を務めた永山耕三が参加
木村拓哉が主演、松たか子の事務所の社長がナイアガラ・レ
コードの元スタッフだったことなど不思議な縁があったとい
う。 この時期に旧友の上原裕が復帰するなど、歌手活動再開
に条件が整った。大滝は「幸せな結末」の録音開始数か月前
にスタジオへ入り、12年間離れていたスタジオで勘を取り戻
すため、通称“ナイアガラ・リハビリ・セッション”と呼ば
れるセッションを行った。 作詞を担当した多幸福は、大滝・
亀山・永山の共同ペンネームで、永山が提示する作品の世界
観に沿う歌詞が作られた。「幸せな結末」の歌い出しである
“髪をほどいた 君のしぐさが 泣いているようで胸が騒ぐよ
”の一節は、レコーディング時に永山から呼び出された脚本
家の坂元裕二が手伝った。 2023年7月7日の「短冊CDの日」に
合わせて「幸せな結末」と「Happy Endで始めよう」のカラ
オケを追加収録して26年振りに8㎝シングルで再発売された。
via Wikipedia

● 今夜の寸評:(いまを一声に託す) 先端技術で世界一をめざす

 


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