2019 Fiscal Year Annual Research Report
Co-evaporant induced crystallization and organic photovoltaic cells
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17H04807
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
嘉治 寿彦 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90463794)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機薄膜太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光学設計を最適化し定在波を利用した高効率の有機薄膜太陽電池が世界の様々な研究機関から報告されている。その光電変換層の最適膜厚は、高分子ドナー：フラーレン系で250-400 nm程度、低分子ドナー：フラーレン系で一桁小さい40-50 nm程度とされている。しかし最近応募者らは、不利な低分子ドナー系を用いても、有利な高分子ドナー系の最適値より厚い500 nm以上の膜厚において、定在波を利用するよりも高い電流密度と量子収率を得られることを再現よく実証してい
る。
この現象は応募者の考案した共蒸発分子誘起結晶化法で作製した太陽電池でのみ確認できており、本研究の目的は、この現象をより高い光電変換効率を示す材料で実証することである。
昨年度までに引き続き、フタロシアニン：フラーレン系に加えて、フタロシアニンと同様に数十年前から有機半導体分野で既知で安価な材料系や、有機薄膜太陽電池の高効率化のために合成された材料系、従来から知られる高開放端電圧材料系、近赤外吸収材料系における検証において、順次材料系を増やしておこなった。特に、緑色吸収材料と励起子分裂材料について、薄膜成長や素子作製を繰り返しおこなうとともに、C60薄膜の薄膜成長の検討もおこなった。
その結果、特にフラーレン系を用いてドナーを変更した場合には、フタロシアニン系と同様の傾向を確認している。その一方、アクセプターとしてフラーレンの代わりに採用したサブフタロシアニンにおいては、電子輸送がフラーレンより圧倒的に不利であり、同様の現象の再現は困難であることがわかった。
フラーレンとサブフタロシアニンにおける知見を基に、新規アクセプターを採用していく予定である。
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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
まず、昨年度までに引き続き、既に目的の現象が実証できているフタロシアニン:フラーレン系において、その特性のより詳細な分析が進んでいるとともに、計画通り、フタロシアニンやフラーレン以外の材料系における検討を進めている。
特にフラーレン系を用いてドナーを変更した場合には、フタロシアニン系と同様の傾向を確認している。一方、アクセプターとしてフラーレンの代わりに採用したサブフタロシアニンにおいては、電子輸送がフラーレンより圧倒的に不利であり、同様の現象の再現は困難であることがわかった。
それぞれの材料系について、材料系に起因する問題に直面したものの、おおむね予期した範囲内であり、上記のZnPc:C60系およびZnPc:C70系、サブフタロシアニン系における解析結果を元に、計画時に想定していたように、他のアクセプターも順次試していく予定である。
上記の理由から、おおむね順調に進展しているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画通り、既に開始している様々な材料系における実証を継続する。
また、フラーレンとサブフタロシアニンにおける知見を基に、新規アクセプターを採用していく予定である。
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