2016 Fiscal Year Annual Research Report
超臨界流体を用いた3次元ナノ櫛歯型有機薄膜太陽電池の構築
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16H06127
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
百瀬 健 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (10611163)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノ充填 / 有機半導体 / 超臨界流体 / プロセス / 有機薄膜太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機薄膜太陽電池においてシリコン太陽電池並みのエネルギー変換効率を得るべく，検討が進められている。中でも，材料の新規開発による性能向上は盛んに議論されているが，構造に関しては平面構造からバルクヘテロ構造に移行して以来，進展していない。p型/n型有機半導体がナノスケールで櫛歯状に相互に貫入した3次元ナノ櫛歯構造は，従来のバルクヘテロ構造では達成できなかった高効率電荷分離と広接合面積による高変換効率が期待でき理想的とされているが，ナノ櫛歯構造へ有機分子を充填する技術がなく実現されていない。本研究では，超臨界流体を用いた有機分子の高アスペクト比構造への充填技術を発展させ，3次元pn接合を形成し，高変換効率をもつ3次元ナノ櫛歯型有機薄膜太陽電池を作製することを目的とする。
これまではアントラセンをモデル物質として検討を行ってきたが，同じアセン系化合物の中でも溶解度が低くナノ充填技術に適したテトラセンを堆積物質とし，溶解度測定を行った。既存の溶解度データは100℃以下の低温領域に限定されていたが，本プロセスはプロセス温度が100-200℃であるため，200℃までの高温域の溶解度を重点的に測定した。これにより今後の製膜・充填に関する検討の基礎を固めることができた。続いて，極薄連続膜の形成指針に関して検討した。堆積温度，流速，過飽和度に関する検討を行ったところ，テトラセンを使用した場合にも，アントラセンと同様の傾向を示すことを確認できた。特に流量に対する効果は大きく，次年度は高流量対応ポンプによる検討を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本技術は，超臨界流体中における有機分子の溶解度の温度依存性がキーである。しかし，対象としているテトラセンのプロセス温度(100-200℃)における溶解度データはなく，今年度取得した。これらの溶解度データは製膜・充填技術の根幹をなすものであり，適切にデータを取得てきたことは大きい。
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| Strategy for Future Research Activity |
テトラセンによる製膜挙動の検討を行う。特に，原料の高速度供給が流体中における粉体形成を抑制し，原料を成長基板表面に供給するためには重要であるとの知見を得ており，ポンプの高流量化を図ったのちに検討を進める予定である。特に極薄連続膜形成に関しては，成長中に条件を操作(変更)する二段階成長に取り組む。これは，有機物の異種材料上への結晶成長(ヘテロ成長)では，まず核が発生し，核が成長することにより連続膜となり，同種材料上への結晶成長(ホモ成長)が開始されるため，極薄膜を得るには，核発生および核成長のそれぞれに適切な条件が必要なためである。
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