2017 Fiscal Year Research-status Report
高耐久有機太陽電池を可能にするπ-d相互作用を用いた相分離構造の制御
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16K05882
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
當摩 哲也 金沢大学, 新学術創成研究機構, 教授 (20415699)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 貴之 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (80464048) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | π-π相互作用 / d-π相互作用 / バルクヘテロ / 分子配向 / 塗布成膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、昨年度までに蒸着プロセスにおいて確立された配向制御技術を、塗布プロセスにも応用できるか検討を行った。配向を制御するターゲット分子として、低分子バルクヘテロジャンクション型太陽電池で10.08%の高効率が報告されている電子ドナー材料DRCN5Tを用いた。DRCN5TはPEDOT:PSS上ではedge-on配向をとることが報告されているが、更なる性能向上にはface-on配向が望ましい。本研究では分子配向を制御することで、低分子塗布型有機薄膜太陽電池の性能向上を図った。
DRCN5T単膜の2D-GIWAXS像のOut-of-plane方向におけるface-on配向に由来するピークとedge-on配向に由来するピークの強度比からface-on/edge-on配向比を算出した。PEDOT:PSS基板上においては、配向比は0.028だったが、CuI基板上において配向比は0.290となり、配向比が10倍程度増大し、DRCN5Tをface-on配向に制御できたことが分かった。これはCuIのd軌道とDRCN5Tのπ共役との相互作用によるものだと考えられる。BHJ型素子において、CuIを挿入した場合では光吸収増大によりJscが10%近く向上し、それによりPCEも10%近く向上した。
側鎖を分岐状アルキル鎖(2-ethylhexyl)に置換したDRCN5Tを用いて同様の実験を行い、分子配向に与える影響を調査した。PEDOT:PSS基板上において配向比は0.035、CuI基板上において配向比は0.036となり、配向比に大きな違いは見られず、CuIによる分子配向制御効果は確認できなかった。側鎖が分岐状になった場合は分子が嵩高くなったためにCuIのd軌道とDRCN5Tのπ共役とのあいだに直接的な相互作用が働かず、分子配向を制御できなかったと考えられる。このように、基板と分子の相互作用が分子配向制御に大きく寄与していることが分かった。
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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
昨年度まで蒸着で培ってきた分子配向制御技術を塗布成膜に適応する
ことに成功した。現在は、低分子塗布系であるため、今後はより大きな
分子で配向制御可能か検討する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在は、低分子塗布系であるため、今後はより大きな分子で配向制御
可能か検討する必要がある。また、膜成長メカニズムが違う塗布でな
ぜ配向制御が可能になったのかを検討する必要がある。
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| Causes of Carryover |
（理由）材料を研究室に既存の有機材料および金属材料を用いて対処した。そのため、助成金の残余が発生した。
（使用計画）研究計画にあるように、有機材料と金属材料の多様性を確保するため、新規の材料購入を行う。さらに、既存の成膜装置の保守管理を行うことで、良質の成膜可能にする研究環境を確保する。
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