2017 Fiscal Year Research-status Report
Study for new type of organic solar cells
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17K06336
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| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
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Principal Investigator |
金 敬鎬 北見工業大学, 工学部, 准教授 (70608471)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノ構造体 / 導電性ポリマ / 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
環境への負担が少なくかつ再生可能エネルギー資源として太陽電池に多く期待が寄せられている。特に、有機系太陽電池は、従来の無機系太陽電池（無機系材料：シリコン半導体、III-V族化合物半導体）に比べて安価に製造可能であるため、経済性で優れた競争力を持つことで注目されている。
本研究課題は、新規ナノ構造を有する酸化物（酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化銅など）及びハイブリッドポリマー電極の作製とその特性評価を通して機能性両面受光型有機系太陽電池の開発を目的とする。
今年の研究内容は１）液相法を用いて水酸化ニッケル薄膜を作製し、成長温度や時間の変化にともなう水酸化ニッケルの形態的特性を評価した。また、ナノシート（厚さ：～20 nm）が連続的に相互接続した構造を有する水酸化ニッケル膜を熱処理することで、サブナノ粒子で構成されている酸化ニッケルを簡単に得られた。特に、階層的ナノ構造（hierarchical nanostructure）を有する酸化物（水酸化物）は、広い表面積や優れた電気化学的特性が期待できるため、新たな機能を有するナノデバイスへの応用展開が期待できる。
次に、２）導電性ポリマーの中で最も一般的に使われているポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)：ポリ（4-スチレンスルホン酸）（PEDOT:PSS）の代わりにポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)-テトラメタクリレート（PEDOT-TMA)への表面処理を行い、高透過率と超親水性を示しことが分かった。低コスト、簡単なプロセス、高い可視透過率と優れた環境安定性をもつ高機能性ポリマーに関する研究は、フレキシブルディスプレイや電気化学デバイスへの応用にも期待できる。
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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
本研究課題では、機能性両面受光型有機系太陽電池の研究開発のための様々な基板上に酸化物ナノ構造体（例：色素増感太陽電池の光電極）およびハイブリッド型ポリマー（例：色素増感太陽電池の対極）の作製し、特性評価を目的とする。
今までの研究成果は、（1）液相法を用いて作製した水酸化ニッケルナノ構造体の成長温度の変化による形態的特性を評価し、その結果を国際会議（International Display Workshops (IDW), 2017, 12月）で発表した。水酸化ニッケルはナノシート（nanosheets）が連続的に相互接続した構造を有することが分かった。また、成長時間による水酸化ニッケルの形態変化のメカニズムに関しては雑誌論文（Thin Solid Films, 654 (2018) 49）として報告した。新規ナノ構造を有する水酸化ニッケル（酸化ニッケル）の研究は有機系太陽電池の高機能化および触媒、擬似キャパシタ、エレクトロクロミックデバイスなどの幅広い分野への応用展開も期待できる。また、溶液法を用いることで、低温かつ低コストで様々な基板上に水酸化ニッケルナノ薄膜を容易に作製することが可能である。
次に（２）両面受光型の色素増感太陽電池を実現するための基礎的検討として新しい導電性ポリマーであるPEDOT-TMAを様々な基板（ガラス、透明電極付きガラス、シリコン）上にスピンコーティング法により作製した後、赤外線オゾン（UV-Ozone）処理効果について調べた結果を国際会議（International Display Workshops (IDW), 2017, 12月）で発表した。PEDOT-TMAはUV-Ozone処理により高透過率と超親水性（superhydrophilicity）を示すことが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の本研究課題では、１）新規ナノ構造を有する酸化ニッケル・水酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化銅などの酸化物を様々な基板（ガラス、フィルム、グリッドメタルなど）上に液相法（化学溶液堆積法、沈殿法など）により作製し、形態的・構造的・光学的・電気化学的特性の評価を行う。酸化物（水酸化物）ナノ構造体を用いることで、従来のバルク構造より優れた電気化学的特性を持つことが可能であり、さらなる展開が期待できる。また、可視領域での高い吸収率を持つことが可能である狭いバンドギャップ(optical bandgap : 1.3～1.7 eV)を有するp型酸化物（例：酸化銅）の研究開発は、有機系太陽電池およびn-p接合ダイオード型太陽電池のエネルギー変換効率の向上が期待できる。そこで本研究課題では、最適な新規酸化物（水酸化物）ナノ構造体を確立し、それを用いた太陽電池を作製し、電流密度－電圧特性変化の相関を明らかにして太陽電池のエネルギー変換効率の向上を図る。
次に、２）ハイブリッド（導電性ポリてマー・酸化物（水酸化物）/金属ナノ粒子）電極を用いた新規有機系太陽電池の開発を目指して研究開発を進めていく。特に、導電性ポリマーPEDOT-TMAを低沸点有機溶媒（例：イソプロピルアルコール）に分散させた後スピンコーティング法により作製し、その形態的・光学的・電気化学的特性を評価し、従来の導電性ポリマーPEDOT:PSSの特性との比較研究を行う。低沸点有機溶媒の使用は作製プロセス温度の低下が期待できる。
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| Causes of Carryover |
新規有機系太陽電池の研究開発に必要な試薬や基板などの消耗品費や研究成果の発表に必要な旅費などで計画的に研究費を使用する。
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Research Products
(3 results)
