2018 Fiscal Year Research-status Report
逆型有機薄膜太陽電池の劣化機構の解明を基軸とした高耐久性素子の創製
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17K05963
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
高橋 光信 金沢大学, 物質化学系, 教授 (00135047)
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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桑原 貴之 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (80464048) [Withdrawn]
辛川 誠 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 准教授 (80452457)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 有機薄膜太陽電池 / バルクヘテロ接合 / フラーレン誘導体 / 共役系高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
デバイスへの光照射による性能低下は、積層膜で構成される有機薄膜太陽電池（OPV）のどこが原因で生じるのか、光照射下の積層膜内でどのような反応が生じるのかは学際的な分析を必要とするため、これまでは明らかではなかった。劣化原因の一つとして、有機発電層のバルクヘテロ接合（BHJ） 形状を形成するために添加される高沸点化合物の光変質が挙げられる。
平成30年度は、電荷分離効率の良いミクロ相分離構造を実現するために用いられる1,8-ジヨードオクタン（DIO）等の添加剤が性能劣化を引き起こすという仮説の下、高沸点化合物を添加しないで、溶解性の大きなフラーレン化合物（A1）と小さなもの（A2）をアクセプターに用いたD：A1：A2三元系OPVの検討を行った。
A1とA2の仕込み比（重量比）を変えて混合アクセプター材料に、PTB7をドナー材料に用いて、逆型OPVを大気中で作製して評価した。A1とA2の仕込み比（A1/A2）とエネルギー変換効率（PCE）の関係を調べると、仕込み比75/25～50/50で混合することによって、単独でA1やA2を使用する場合よりPCEが向上し、2時間の連続光照射においても性能を保持した。これら三元系発電層表面の原子間力顕微鏡（AFM）像の観察によれば、A1は分散性の強い材料、一方A2は凝集性の強い材料であり、A1/A2 = 50/50としたとき、添加剤を用いて作製した発電層に類似した表面構造を形成することを確認した。以上のように、本研究で検討したD：A1：A2三元系発電層は2種類の凝集性の異なるアクセプター材料の混合によって凝集状態の調整が可能であり、DIO添加によるミクロ相分離構造の制御に近い効果をもたらす、興味ある結果を得た。
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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
世界に先駆けて、OPV駆動部にある有機発電層を構成するフラーレン誘導体と共役高分子PTB7のミクロ相分離構造の制御を、凝集性の異なる２種類のフラーレン化合物を用いた３元系で達成した。また、このミクロ相分離構造を原子間力顕微鏡（AFM）画像の独自処理法により定量化し、PCEとの相関を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）アクセプター材料であるフラーレン誘導体の代わりにノンフラーレン化合物から成るブレンド膜を有機発電層として有するOPVの劣化挙動を明らかにし、その原因を調査する。
（２）劣化機構の解明を基軸とした高耐久性素子の創製に関して、３年間の総括を行う。
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