超キャリアパフォーマンスを実現する塗布型3成分バルクヘテロ薄膜太陽電池の創製

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02662
• Research Institution: Oyama National College of Technology
• Principal Investigator: 加藤 岳仁 小山工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (90590125)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 有行 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (10303190) ; 荒木 秀明 長岡工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40342480)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 有機無機ハイブリッド太陽電池 / 有機太陽電池 / 薄膜太陽電池 / 相分離構造制御

Outline of Annual Research Achievements

本研究は高効率で安価な有機無機ハイブリッド薄膜太陽電池の創製を目指すことを主たる目的としている。光吸収、励起子生成と輸送、電荷分離、電荷輸送を一括して担う、有機無機ハイブリッド発電層の相分離構造に着眼し、発電層内で発現する発電特性を低下させる大きな要因と言える電荷再結合の軽減を目指した「革新的電荷マネージメント」の実現を目指す。

バルクヘテロ構造の発電層を有する有機無機薄膜太陽電池において、ヘテロ界面での電荷再結合割合の定量的評価手法を検証した。具体的にはPL測定による蛍光消光率と発電電流及び熱分析により検証を実施。蛍光強度は電荷分離前の励起子の量に比例し、消光は励起子の失活と電荷分離により発現する。即ち、発電層の内部モルフォロージー（相分離構造）がナノ構造レベルで類似していれば、見かけの電荷分離界面の量はほぼ同等であるため、バルクヘテロ界面における再結合防止層の有無に関わらず、蛍光消光率は概ね近い値を示す。具体的に再結合防止効果が期待できる化合物の添加を行い、相分離構造の検証と発生する光電流や限界電流を対比させ、再結合により損失している割合を調査。
この一連の評価と検証によりヘテロ界面での再結合の発生について定量的評価手法の構築の可能性を見出している。

現在、PL測定による蛍光消光率と発電電流及び熱分析により発電層中の相分離構造検証を行い、当初計画していたヘテロ界面での電荷再結合割合の定量的評価手法の確立にアプローチしている。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

現在、PL測定による蛍光消光率と発電電流及び熱分析により発電層中の相分離構造検証を行い、当初計画していたヘテロ界面での電荷再結合割合の定量的評価手法の確立にアプローチしているが、新型コロナウイルス感染拡大予防の観点から、共同研究機関との往来の制限等により、データ収集が当初の計画に対し、十分に行えていない。

Strategy for Future Research Activity

現在は再結合防止効果により、従来の2成分系に比べて各段に多く流入してくる電極近傍へのキャリアを効率よく捕獲する電荷捕獲アシスト層の導入を目指し、エネルギーレベルやダイポール制御に向けた基礎データ収集のためのスクリーニングを実施する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Development of A-txt system compatible introductory teaching materials for Electric Power Engineering using gaming simulation (2020)
  • Author(s): Shin-nosuke Suzuki, Yutaro AKIMOTO, Kengo SUZUKI, Akira OKADA, Katsumi HIRATA, Takehito KATO, Kuniaki YAJIMA, Hideyuki KANEMATSU, Tadashi FUKUMOTO, Fusao YOSHIKAWA
  • Journal Title: Procedia Computer Science Volume: 176 Pages: 1557, 1566
  • DOI: 10.1016/j.procs.2020.09.167
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Silicon nanocrystal hybrid photovoltaic devices for indoor light energy harvesting (2020)
  • Author(s): Munechika Otsuka, Yuki Kurokawa, Yi Ding, Firman Bagja Juangsa, Shogo Shibata, Takehito Kato, Tomohiro Nozaki
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 21 Pages: 12618
  • DOI: 10.1039/d0ra00804d
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] モルフォロジー制御による塗布型熱電変換素子の高効率化に関する研究 (2021)
  • Author(s): 加藤 岳仁、豊田 涼平、初谷 直春、滝川 侑弥、中村 重之、舩山 智信、石川 剛
  • Organizer: 2021年第68回応用物理春季学術講演会
• [Presentation] 社会実装を目指した有機系太陽電池の高機能化と相分離構造制御 (2020)
  • Author(s): 加藤 岳仁
  • Organizer: 第10回高専-TUT太陽電池合同シンポジウム&半導体材料・デバイス研究ネットワークセミナー
  • Invited
• [Presentation] 環境エネルギー発電技術とエナジーハーベスティング (2020)
  • Author(s): 加藤 岳仁
  • Organizer: サイエンスキャッスル2020関東・関西大会
  • Invited
• [Presentation] 従来比コスト90%減を目指した塗布型環境エネルギー変換素子の創製 (2020)
  • Author(s): 加藤 岳仁
  • Organizer: JST新技術説明会
• [Presentation] Morphology Control of Highly Functional Electronic Devices for Future Social Implementation (2020)
  • Author(s): T. Kato, T. Fukumoto
  • Organizer: 第30回日本MRS年次大会
  • Invited
• [Presentation] Carrier Management by Organic-Inorganic Hybrid Materials for Thin Film Bulk-Heterojunction Solar Cell on Ti-alkoxide (2020)
  • Author(s): T. Kato, K. Nishii, K. Hirata, R. Oshima, T. Fukumoto
  • Organizer: 第30回日本MRS年次大会
• [Presentation] モノマーポリマー複合電子アクセプターを用いた有機無機ハイブリッド薄膜太陽電池 (2020)
  • Author(s): 初谷 直春、滝川 侑弥、加藤 岳仁、福本 正
  • Organizer: 2020年日本機械学会関東支部栃木ブロック研究交流会術講演会
• [Presentation] モルフォロジー制御による塗布型熱電変換素子の高効率化に関する研究 (2020)
  • Author(s): 滝川 侑弥、豊田 涼平、加藤 岳仁
  • Organizer: 2020年日本機械学会関東支部栃木ブロック研究交流会術講演会
• [Book] 従来比コスト90%減を目指した塗布型環境エネルギー変換素子の創製 (2020)
  • Author(s): 加藤 岳仁
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 化学工業社
• [Remarks] 国立高等専門学校機構 小山工業高等専門学校 加藤岳仁研究室
  • URL: http://www.oyama-ct.ac.jp/M/kato/index.html