2019 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ空間の電子機能マッピングで解き明かす三元系高分子ブレンド太陽電池の動作原理
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19H02789
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
辨天 宏明 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (60422995)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川 絋樹 京都大学, 化学研究所, 准教授 (00535180)
中村 雅一 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80332568)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高分子薄膜太陽電池 / 共役高分子 / 電流計測原子間力顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年盛んに開発が進む共役高分子は、半導体としての電子特性と高分子本来の優れた成形加工性をあわせ持つため、次世代エレクトロニクスの基幹材料として様々な薄膜デバイスへの応用が検討されている。なかでも、電子ドナー（正孔輸送）性、電子アクセプタ（電子輸送）性を有する共役高分子のブレンド膜を発電層に用いる高分子薄膜太陽電池は、印刷技術を使って、低コスト・低環境負荷で、高速大量生産が可能な新しい太陽電池として期待されており、エネルギー変換効率の向上が強く望まれている。
本研究では、電子ドナー性、電子アクセプタ性共役高分子の二成分ブレンド膜を用いる従来型素子のエネルギー変換効率を向上する手段として、共役高分子の三成分ブレンド膜を用いた三元系高分子薄膜太陽電池を設計し、その発電原理の解明を行う。
本年度は、発電層に用いる共役高分子の選択を進めた。光吸収波長、HOMO-LUMOエネルギー準位、電荷移動度などの基礎的電子物性の評価を行い、三元系高分子薄膜太陽電池として有効に機能しうる共役高分子の組み合わせを絞り込んだ。次に、これら共役高分子を用いて素子を作製し太陽電池の基本特性を評価した。また、電流計測原子間力顕微鏡(C-AFM)に光照射システムを組み込んだ光照射型電流計測原子間力顕微鏡(PC-AFM)の計測系を立ち上げた。PC-AFMを用いて共役高分子二成分ブレンド膜の構造と光電流をナノメートルスケールで計測することに成功した。PC-AFM測定で得られる結果を解析し、共役高分子の相分離構造と光電流生成との相関について議論を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
電子ドナー性、電子アクセプター性共役高分子の選定は、光吸収波長、HOMO-LUMOエネルギー準位、電荷移動度など、共役高分子の電子物性を基にして進めた。しかし、これら共役高分子のブレンド膜構造を予測し制御することが困難であったため、期待した光電変換機能が発現しない素子が数多く、三元系高分子薄膜太陽電池として機能する共役高分子の組み合わせを絞り込む実験に当初予定よりも時間が必要となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
共役高分子の三成分ブレンド膜に対し、光照射型電流計測原子間力顕微鏡(PC-AFM)を用いた局所機能解析を展開する。また、PC-AFM測定等の局所機能解析、X線散乱測定による薄膜構造解析から得られる知見を基に、三元系高分子薄膜太陽電池に最適な共役高分子の組み合わせをさらに検討し高性能化につなげる。
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