Shuzi HAYASE (早瀬 修二)

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 基盤研究(B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 14200000, indirect: 4260000)
本研究では，再生可能エネルギーを主力電源化するために必須となる，小規模に自立分散化した多数の創・蓄電群（グリッド）を自在にネットワーク接続してインフラ化する革新的エネルギープラットフォームを実現するための，安定供給とレジリエンスを実現する最適制御方法を確立する．特に，都市部の壁面への設置を前提として，時間，季節，設置壁面の方角によって発電量の異なる太陽電池群と，小規模な蓄電池群によるシステムを用いて，不確実なエネルギー環境を安定かつレジリエントに利用する制御プロトコルおよびアルゴリズムを開発，実装し，その有効性を明らかにする．
初年度となるR5年度は，本提案の実証環境の設計と，統合分配機能，制御方法などの基本機能を設計を実施した．アモルファス・シリコン，およびペロブスカイト太陽電池を使った円筒形太陽電池の壁面設置方式の検討と，試作による検証を実施した．また，関連する環境データと発電量のモニタリングに対するシステム設計を行い，一部の実験を完了した．
また，都市レベルの壁面発電の発電量を評価する3D都市モデルシミュレーションや，円筒形太陽電池の設置方式による受光量への影響を検討する受光量シミュレーションを作成し，小規模自立分散化した創・蓄電群のエネルギー創出効果の評価を開始した．実際に壁面に設置する円筒形太陽電池については，アモルファス・シリコン太陽電池に加えて，ペロブスカイト太陽電池セルを採用するための検討をじ実施し，試作の上で実証に用いる目処をつけた．
統合分配機能については，MQTTを用いたネットワークを介して，設定コストとリンク効率を考慮した電力供給経路の選択手法を検討し，その効果を評価した．現在，実機による検証の準備を進めている．

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 13800000, indirect: 4140000)
ホットインジェクション法を用いて、ペロブスカイトAPbX3（X = Cl-、Br-、およびI-）量子ドット（PQD）を作製し、量子ドット太陽電池へ適用した。今年では、PQD のAサイトはそれぞれセシウム（Cs）、メチルアンモニウム（MA ）、またはホルムアミジニウム（FA）とそれらの混晶を用いた。主にAサイトの違いによるPQD結晶構造、光物性と光励起キャリアダイナミクスおよび量子ドット太陽電池の光電変換特性の変化について検討した。透過型電子顕微鏡（TEM）およびエネルギー分散型X線分光（EDS）測定の結果から、混晶したPQDでは、混晶されたＡサイトの成分はPQD全体でランダムに分布していることが判明した。さらに、Ａサイトの混晶化によりPQDのフォトルミネッセンス量子収率が向上したことを見つけた。大変興味深いことは、Ａサイトの混晶化により、ペロブスカイト量子ドット太陽電池の光電変換効率は12％ぐらいから約15％までに向上したことに成功した。さらに、ＡサイトはPQDの光励起キャリアダイナミクス、特にホットキャリアの緩和プロセスに大きな影響を与えることを見出した。さらに、カルボキシル基を持つ一連の半導体配位子を使用することにより、PQDからCoolキャリアとホットキャリア両方を効率的に抽出することが可能であることを発見した。光励起ホットキャリアダイナミクスを解析した結果、PQDのホットキャリアの冷却が大幅に延長され、ホットキャリアの抽出が容易になることが分かった。半導体リガンドとCsPbI3QDの間の化学結合、電子結合、およびキャリア移動は、ドナー-アクセプターシステムでは互いに共生していることが示唆された。これらの結果は、Coolとホットキャリアの抽出と太陽電池への利用を実現する要因に光を当て、多重励起子型とホットキャリア型太陽電池を設計するための戦略を提供できる。

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3100000, indirect: 930000)
Focus has been directed for tin-based perovskite films as a substitute for most widely studied lead halide perovskites. This research has investigated the relationship between crystal growth control of tin-based perovskite along with defect analysis and its implications on the solar cell performance.
We have demonstrated a profound enhancement of the short circuit current from 20 mA/cm2 to 30 mA/cm2 using SnI2 complex for the fabrication of tin-halide perovskite as material. It has been found that when TiO2 as electron transporting material and SnI2 were chemically bonded, there was an increase in the TiO2 surface traps. Therefore, efforts were directed to prepare the tin-based perovskite solar cells without using TiO2 which led to the improved device performance. The absorption wavelength was changed by partially replacing the iodine by bromine. SnF2 was also doped in order to supplement metal defects. The conversion efficiency of the solar cell improved from 4.5% to 15.9%.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3000000, indirect: 900000)
This report deals with the relationship between perovskite(Pb-PVK) solar cell efficiency and the crystal structure affected by nano-pore walls. Crystal structures of perovskite (Pb-PVK) created in the TiO2 nano-pore was smaller than that of the bulk Pb-PVK and were affected by the wall structures passivated with thin Al2O3, Y2O3 and ZrO2 layer. Crystal defect density was also affected by the surface structure. The presence of chloride anion increased the crystal size as well as the grain size. In addition, density of Ti-O-Pb linkages which present at the hetero-interface between the Pb-PVK layer and nano-pore wall of TiO2 and work for decreasing charge recombination centers, was enhanced by the presence of the chloride anion. The above results explain the efficiency enhancement of the solar cell in the presence of chloride anion. It was found that nano-pore wall structure is one of the factors for determining the efficiency.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3000000, indirect: 900000)
Perovskite solar cells have attracted much attention as a next-generation solar cell because they show high efficiency and can be fabricated at a low-cost fabrication process. In this study, we have directly observed spin and charge states in perovskite solar cells under device operation using electron spin resonance spectroscopy from a microscopic viewpoint in order to elucidate the degradation mechanism of the cells. As a result, we have found the correlation between the spin-charge states and the degradation of the device performance, and have clarified the origin of the degradation mechanism of the cells. Such elucidation of the correlation between the spin-charge states and the performance degradation at the molecular level would give deep insight into the operation mechanism of the cells and would be useful for further improvement of the device performance.