2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of light trapping technique for organic photovoltaics using nano-order refractive index control
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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 / 反射防止 / 光閉じ込め / 光学シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度の研究では、主に有機薄膜太陽電池に斜めから光が入射した場合の反射防止性能を改善する手法について、光学シミュレーションにより検討した。有機薄膜太陽電池は、弱い光に対しても比較的高いエネルギー変換効率を維持できることに加えて、LEDや蛍光灯の光に多く含まれる可視光を効率よく吸収できることから、室内用発電デバイスとして注目されている。太陽電池の反射防止を考える上で、室内用太陽電池が屋外用と大きく異なる点は、室内利用では一般に光の入射方向を事前に予測できず、垂直入射から大きく外れた斜めの光に対しても高い性能が要求されることである。一方、屋外用太陽電池では、太陽の位置を時間と共に正確に予測できるため、光の入射方向を考慮してそれに適した条件で太陽電池を設置することが可能である。これまで、屋外での使用を主な目的とした従来型の太陽電池では、垂直入射における発電性能を最大化するように反射防止膜の設計を行うのが一般的であった。それに対し本研究では、斜入射の光に対する有機太陽電池の発電性能を大幅に改善することを目指して、入射角が時間と共に確率的に変化する際の発電電流の期待値を最大化する手法について検討した。また、この設計法の有効性を検証するため、有機太陽電池デバイス用の反射防止多層膜を様々な手法で設計して各種性能を解析・評価した結果、考案した手法により幅広い入射角とスペクトル域で反射率を抑えることができ、光学的条件の変化に対してロバストな性能を実現できることを明らかにした。
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