【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.18】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24QS0118

利用課題名 / Title

ペロブスカイト型太陽電池材料MASnI₃の高温高圧下での構造相転移

利用した実施機関 / Support Institute

量子科学技術研究開発機構 / QST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

X線回折/ X-ray diffraction,放射光/ Synchrotron radiation,太陽電池/ Solar cell

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

松下 正史

所属名 / Affiliation

愛媛大学大学院理工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

内海 伶那,宮崎 玲央,飯尾 友貴,中平 夕貴,井上 想太

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

齋藤 寛之

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

QS-141：高温高圧プレス装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　有機金属ハライドペロブスカイト型化合物は太陽電池材料として期待を集めている。なかでも、CH₃NH₃をMAとするMASnI₃はPbフリーであり環境汚染の心配が少ないことから注目を集め、太陽電池特性を改良するためのさまざまな研究がなされてきた。
　MASnI₃については高圧処理を用いた太陽電池特性改質の報告がある[1]。2016年に発表されたダイヤモンドアンビルを用いたMASnI₃の高圧処理実験によれば、MASnI₃のペロブスカイト構造からの回折線は加圧に伴い弱まり、3 GPa以上でハローが現れ始め、10 GPa以上ではX線回折的にはアモルファス（ハローのみ）となる[1]。さらに30 GPaまで加圧し減圧すると、アモルファスからペロブスカイト構造へ逆変態し、加圧前に比べて電気伝導度が増加し、可視光応答性も向上することが明らかになった。
　これまでの研究より、我々は、アモルファス相は、高圧相へ相転移したいが拡散に必要な十分なエネルギーが存在しないために生まれた秩序の低い状態であると考えている。本研究では圧力～10 GPa、温度～1000℃の範囲でMASnI₃のP-T phase diagramを作成することを目的とする。その後、本研究の結果を元に、愛媛大GRCにて各相からの回収実験を実施する。これまでの経緯を踏まえると、回収物はペロブスカイト構造になる可能性が高いが、経由した相によって、結晶中の微細構造や、微細組織は異なると想定される。そこで各回収物の太陽電池特性と構造解析を通し、太陽電池特性の向上につながるパラメータを明らかにする。

実験 / Experimental

3、５、７ GPaまでの加圧をキュービックアンビルプレス型高圧発生装置でそれぞれ行い、その後、昇温、急冷し、減圧した。
これらの過程をエネルギー分散型XRDによってその場観察した。

結果と考察 / Results and Discussion

図１に５ GPaまでの加圧と昇温、急冷と減圧過程のXRDパターンを示す。
参考文献１でアモルファス相と解釈されていたハローパターンから温度を上げていくと、オーソロンビック相が現れることを初めて発見した。
常圧に回収された試料はいづれも圧力印可前のペロブスカイトと同一と考えられるが、電気抵抗の増加が確認された。また、融点は圧力の増加と共に顕著な上昇する。
本研究で得られた圧力－温度相図を図2に示している。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１ MASnI3の５GPaまでの加圧と昇温、急冷、その後の減圧過程で得られたその場XRDパターン．オレンジの●はテトラゴナルペロブスカイト、紫の▼はオーソロンビック、黒のマークはBNからのピークを示している。

図２　本研究で得られたMASnI3の圧力－温度相図

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

[1] Xujie Lü, Yonggang Wang, Constantinos C. Stoumpos, Qingyang Hu, Xiaofeng Guo, Haijie Chen, Liuxiang Yang, Jesse S. Smith, Wenge Yang, Yusheng Zhao, Hongwu Xu, Mercouri G. Kanatzidis, Quanxi Jia, Enhanced Structural Stability and Photo Responsiveness of CH₃NH₃SnI₃ Perovskite via Pressure-Induced Amorphization and Recrystallization, Adv. Mater.,2016, 28, 8663–8668.

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 中原健太, 唐永鵬, 王青, 井上想太, 飯尾友貴, 宮崎玲央, 松下正史, 内海怜那, 中平夕貴, 齋藤寛之, 飯久保智, "高温高圧処理を施したハロゲン化スズペロブスカイトMASnI3", 第72回日本応用物理学会2025春季大会（野田市）, 令和7年3月17日.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件