2015 Fiscal Year Annual Research Report
単一粒子ナノ加工法を用いた全フラーレン薄膜太陽電池の開発
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14J00873
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
三木江 翼 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2016-03-31
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| Keywords | 有機薄膜太陽電池 / フラーレン誘導体 / フラーレンナノワイヤー / 有機半導体 / 単一粒子ナノ加工法 / 時間分解マイクロ波伝導度法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
p型半導体としてペンタアリール5重付加フラーレンを応用し、p/n双方にフラーレン誘導体を用いた有機薄膜太陽電池（OPV）素子性能の評価を行った結果、変換効率（PCE）は低いものの（0.0071%）、全フラーレンOPVのコンセプトを実証した。変換効率が低い原因を調べるため、時間分解マイクロ波伝導度（TRMC）法による電荷分離・輸送特性評価と過渡吸収分光測定による電荷種の同定を行ったところ、系中の大部分で励起移動を生じているという結果が得られた。この結果は、均一に混ざっている活性層の制御とエネルギー準位のチューニングによって、電荷分離をいかに促進できるかが、PCE向上の鍵となることを示している。そこで、高エネルギーイオンビーム照射によってp型フラーレンを共有結合でつなぎ合わせ、１次元ナノワイヤーを形成させた。さらに、このフラーレンナノワイヤーを効率的に電子を流す電線の芯としてOPVに応用し、熱安定の高いフラーレンナノワイヤー含有・全フラーレン太陽電池の開発へ展開した。単一粒子ナノ加工法（SPNT）は様々なフラーレン誘導体に普遍的に適用できることが以前報告されており、本研究で用いた嵩高い置換基を有するアリール5重付加体フラーレンにもSPNTを適用可能であることを確認した。また、今回形成させたp型フラーレンナノワイヤーは、照射線量や膜厚によって、任意の長さ・数密度で形成できることが明らかとなった。次いで、形成させたp型フラーレンナノワイヤーの上にn型フラーレン誘導体であるPCBMを塗布し、OPV素子性能評価を行ったところ（Figure. 素子構造）、極めて低い短絡電流密度（Jsc）によってPCEは依然低いものの、開放電圧（Voc）とフィルファクタ（FF）はそれぞれ、0.55 Vと0.37という固定化していない素子に比べて顕著な改善がみられた。
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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