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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Controling Interfacial Structure in Mixed Films for Efficient Organic Solar Cells

Research Project

Project/Area Number 16H07421
Research InstitutionInstitute for Molecular Science

Principal Investigator

伊澤 誠一郎  分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 助教 (60779809)

Project Period (FY) 2016-08-26 – 2018-03-31
Keywords有機半導体 / 有機太陽電池 / 界面 / 電荷分離 / 電荷再結合 / ドーピング / エネルギー準位接続
Outline of Annual Research Achievements

有機薄膜太陽電池は、低製造コスト、柔軟性などの多くの利点から、将来のエネルギー変換デバイスとして近年大きな注目を集めている。電子ドナー(D)である半導体高分子と、電子アクセプター(A)であるフラーレン誘導体を薄膜中で混合したデバイス構造が広く用いられ、その界面で励起子が電荷に分離されることで発電する。これまで主に半導体高分子材料の開発によりその光電変換効率は向上してきたが、未だ実用化に必要と言われる15%を達成するには至っていない。光電変換効率を制限する最大の原因として、D/A界面で起こる電荷分離・再結合過程に関連したエネルギーロスが存在し、出力電圧を大きく失うことが挙げられる。しかし、この制限がどのような機構で決まっているかは明らかでなく、そのためのD/A界面構造と電荷移動挙動の相関の精密な解析も行われていなかった
そこで本研究ではD/A混合膜中における界面構造を制御することで、そのナノ構造と光電変換素過程との関連を明らかにすること、また有機薄膜太陽電池のデバイス性能の向上を目指して研究を行っている。今回、ドナー層にp-typeドーパント、n-typeドーパントをそれぞれ混合し、ドーピングが太陽電池性能に与える影響を明らかにした。まずp-typeドーパントを混合した際には開放端電圧が低下し、逆にn-typeドーパントを混合した際には向上することに成功した。これはドーピングにより、ドナー層のフェルミ準位が変化したことで、D/A界面でのエネルギー順位接続をコントロールできたためである。このようにドーピングにより材料のフェルミ準位を制御することで、太陽電池性能の向上につながることを明らかにした。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2018 2017

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Effect of trap-assisted recombination on open-circuit voltage loss in phthalocyanine/fullerene solar cells2018

    • Author(s)
      Shintaku Naoto、Hiramoto Masahiro、Izawa Seiichiro
    • Journal Title

      Organic Electronics

      Volume: 55 Pages: 69~74

    • DOI

      10.1016/j.orgel.2018.01.016

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystallization and Polymorphism of Organic Semiconductor in Thin Film Induced by Surface Segregated Monolayers2018

    • Author(s)
      Izawa Seiichiro、Nakano Kyohei、Suzuki Kaori、Chen Yujiao、Kikitsu Tomoka、Hashizume Daisuke、Koganezawa Tomoyuki、Nguyen Thuc-Quyen、Tajima Keisuke
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Pages: 481~491

    • DOI

      10.1038/s41598-017-18881-y

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Doping for Controlling Open-Circuit Voltage in Organic Solar Cells2018

    • Author(s)
      Shintaku Naoto、Hiramoto Masahiro、Izawa Seiichiro
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 122 Pages: 5248~5253

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b12203

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hall Effect in Bulk-Doped Organic Single Crystals2017

    • Author(s)
      Ohashi Chika、Izawa Seiichiro、Shinmura Yusuke、Kikuchi Mitsuru、Watase Seiji、Izaki Masanobu、Naito Hiroyoshi、Hiramoto Masahiro
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 29 Pages: 1605619~1605614

    • DOI

      10.1002/adma.201605619

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hole- and electron-only transport in ratio-controlled organic co-deposited films observed by impedance spectroscopy2017

    • Author(s)
      Shintaku Naoto、Izawa Seiichiro、Takagi Kenichiro、Naito Hiroyoshi、Hiramoto Masahiro
    • Journal Title

      Organic Electronics

      Volume: 50 Pages: 515~520

    • DOI

      10.1016/j.orgel.2017.08.020

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Drawing organic photovoltaics using paint marker pens2017

    • Author(s)
      Suzuki Kaori、Izawa Seiichiro、Chen Yujiao、Nakano Kyohei、Tajima Keisuke
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 7 Pages: 115002~115008

    • DOI

      10.1063/1.5006352

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 膜中のバンドの曲がりが有機太陽電池の開放端電圧に与える影響2018

    • Author(s)
      伊澤 誠一郎、新宅 直人、平本 昌宏
    • Organizer
      応用物理学会 春季学術講演会
  • [Presentation] ドナー/アクセプター界面の結晶性が有機薄膜太陽電池の開放電圧に与える影響2017

    • Author(s)
      伊澤 誠一郎、菊地 満、新宅 直人、平本 昌宏
    • Organizer
      応用物理学会 秋季学術講演会
  • [Presentation] Induced Crystallization of [6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester in Thin Films by Surface Segregated Monolayers2017

    • Author(s)
      Seiichiro Izawa, Kyohei Nakano, Kaori Suzuki,Yujiao Chen, Tomoka Kikitsu, Daisuke Hashizume, Tomoyuki Koganezawa, Thuc-Quyen Nguyen, Keisuke Tajima
    • Organizer
      European Conference, Molecular Electronics 2017
  • [Presentation] Induced Crystallization of Organic Semiconductorin Thin Films by Surface Segregated Monolayers2017

    • Author(s)
      Seiichiro Izawa, Kyohei Nakano, Kaori Suzuki,Yujiao Chen, Tomoka Kikitsu, Daisuke Hashizume, Tomoyuki Koganezawa, Thuc-Quyen Nguyen, Keisuke Tajima
    • Organizer
      27th International Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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