2020 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 – 2022-03-31
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| Keywords | 有機太陽電池 / 光閉じ込め / ナノテクスチャ / 光学シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度の研究では、有機太陽電池の屈折率プロファイルを調節することで発電層での光吸収を向上させることを目的として、主にデバイス構造や各種光学パラメータが発電性能に及ぼす影響について解析を実施した。検討を行った有機太陽電池デバイスでは、ガラス基板前面の反射を抑制するために表面ナノテクスチャと多層干渉膜を融合したハイブリッド反射防止構造を導入した。またガラス基板と発電層の界面における反射を効果的に減少させるために、一般的なガラスよりも屈折率が高い高屈折率ガラスを使用した。このように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では、光の入射方向に沿ったデバイスの屈折率分布を適切に制御することで、材料間の界面における反射を抑えると共に発電層以外の材料での吸収を最小にすることが重要である。そこで、有効屈折率を平滑化する機能を有する表面ナノ構造の詳細形状やガラス基板の光学パラメータを変化させた場合について、特性マトリクス法を応用した光学シミュレーションを用いて光伝搬を解析した。特にナノインプリント等で作成する際に生じるナノ構造の最適なパターン形状からのずれに伴う特性変化が、発電性能に及ぼす影響についても推算を行った。その結果、関連パラメータの内全体性能に顕著な影響を及ぼすパラメータと比較的軽微な影響しか及ぼさないパラメータとを分離することで、ナノ加工精度の範囲内で高性能デバイスを構築するのに必要な数多くの知見を獲得することができた。
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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
屈折率ナノ制御により有機太陽電池の発電性能を向上させるための様々な光学技術の開発を行った。光閉じ込め技術に関する数多くの有用な知見が蓄積しており、本研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究においては、提案する屈折率ナノ制御法をさらに改良するために、斜入射の場合等を含む幅広い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、新型コロナウィルス感染拡大により旅費等の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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