2018 Fiscal Year Research-status Report
屈折率ナノ制御による有機太陽電池の高効率光閉じ込め技術の創製
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17K05001
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
久保田 繁 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (60396588)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣瀬 文彦 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50372339)
水野 潤 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 上級研究員(研究院教授) (60386737)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 有機太陽電池 / 反射防止 / ナノテクスチャ / モスアイ / 光学シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度の研究では、ナノテクスチャ（モスアイ構造）を導入した有機太陽電池の発電性能をさらに向上させるために、テクスチャ表面に機能性コーティングを行う手法について、主に検討を行った。コーティングの材料として酸化チタンを用いることで、酸化チタンの光触媒機能による自己浄化特性を利用して、光学性能を長期安定化することが期待される。一方、酸化チタンはナノテクスチャを構成する樹脂材料に比べて屈折率が高いため、材料間の屈折率のずれによる反射を引き起こす可能性がある。そこで、酸化チタンのみを使用した場合に加えて、酸化チタンと他の材料を合わせて使用した場合について、特性マトリクス法に基づく光学シミュレーションにより幅広く解析した。また、モスアイを構成する円錐間に隙間が存在する場合に、機能性コーティングによって性能低下を抑制する手法についても検討を行った。これらの解析の結果として、ナノテクスチャによる有効屈折率の調節と、テクスチャ表面での干渉の制御を同時に行うことで、デバイス全体の反射防止性能を改善するための光学技術を明らかにした。さらに、モスアイを構成する円錐の底面に多層干渉膜を接続したハイブリッド反射防止構造と、高屈折率ガラスを組み合わせた統合デバイスに関する検討も行った。この研究では、モスアイの周期の変化がデバイス内の光伝搬に及ぼす影響について、有限差分時間領域法（FDTD法）を応用して解析した。その結果、有機半導体のバンドギャップに対応する波長に近い、比較的長い周期のテクスチャパターンを用いることで、光の回折による発電層の電界の強化を通じて、発電電流が顕著に増加することが明らかとなった。
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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
当初の計画の通り、屈折率ナノ制御を応用して有機太陽電池の発電性能を改善するための光学技術の開発を行った。光制御に関する新しい知見が数多く得られており、研究は順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、光が斜めに入射した場合等の幅広い条件における光閉じ込め技術に関して、引き続き検討を実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は、材料等の購入費用が当初予定額に比べて少なかったために生じたものであり、有機太陽電池の実験での材料費等として使用する予定である。
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Research Products
(4 results)
