2016 Fiscal Year Research-status Report
自己組織化を利用した有機薄膜太陽電池の界面制御とエネルギー変換効率の向上
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16K04960
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
曽我 哲夫 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20197007)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 有機薄膜太陽電池 / 自己組織化 / 界面制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
将来のエネルギー源として太陽エネルギーが期待されており、光から電気へのエネルギー変換を行う安価で高性能の太陽電池が必要である。現在の太陽電池はほとんどがシリコンを基盤としたものであるが、太陽電池の低コスト化やフレキシブル化に向けて、低温・非真空プロセスで高効率が可能な有機半導体を用いた太陽電池が注目される。
有機薄膜太陽電池のエネルギー変換効率を高める方法の一つとして、平坦なｐｎ接合型太陽電池ではなく、バルクへテロ接合を用いることが提案されている。バルクへテロ接合は有機薄膜太陽電池では標準的な構造であり、電子受容体（アクセプタ）であるフラーレン誘導体と電子供与体（ドナー）である導電性高分子が混ざり合うことでｐｎ接合の接触面積が増大し、拡散長が短く低品位の材料でも太陽電池の短絡電流が大幅に増大して高い変換効率が得られることが知られている。
今後さらなる有機半導体デバイスの性能の向上には有機／有機や有機／金属界面の理解と制御が必要であるが、これまで研究例は少ない。特に有機薄膜太陽電池のエネルギー変換効率は界面の影響を受けやすいが、有機薄膜の界面が太陽電池性能に及ぼす影響についてはほとんど理解されていない。本研究では、塗布型有機薄膜太陽電池の活性層であるバルクヘテロ構造に自己組織化を利用して自発的に保護膜を形成し、有機界面がデバイス特性に及ぼす影響を学術的に明らかにしながら有機薄膜太陽電池のエネルギー変換効率向上を目指した。
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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
ドナー材料としてPoly(3-hexylthiophene) (P3HT)、アクセプタ材料として[6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester (PCBM)、保護層としてポリエチレングリコールを用い、自己組織化により自発的に保護膜が形成されたバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製した。また、ポリエチレングリコールの添加量や分子量等の条件を変化させて太陽電池のエネルギー変換効率や薄膜の光学物性の測定を行い、保護膜の効果を確認してエネルギー変換効率向上のための見通しをたてた。
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| Strategy for Future Research Activity |
光学的物性測定以外の他の手法で薄膜の評価を行うことにより、保護膜の構造や形成過程を詳細に調べ、活性層と電子輸送層、活性層と正孔輸送層界面での電子正孔の挙動を明らかにして界面が太陽電池のエネルギー変換効率に及ぼす影響を解明する。また、ポリエチレングリコールの添加量や分子量だけでなく他のパラメータも変化させて最適な活性層を作成し、さらには、ポリエチレングリコール以外の保護膜材料への展開、さらにはP3HT以外のドナー材料への展開を図る。
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