Operating mechanism of ternary blend polymer solar cells studied by nanoscale mapping of photovoltaic functions

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02789
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: Benten Hiroaki 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)
• 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)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 有機薄膜太陽電池

Outline of Final Research Achievements

In this study, we studied the operating mechanism of polymer solar cells that use a three-component blend film of conjugated polymers. To this end, first, we set up a photoconductive atomic force microscope (PC-AFM) measurement system. Next, we measured photovoltaic properties of the device on a nanometer scale. We have discussed the correlation between the macro-scale device performance and the nano-scale photovoltaic properties by PC-AFM. Consequently, we have obtained the knowledge of the structure-function relationships that determine device performance, such as photocurrent, photovoltage, and fill factor.

Free Research Field

電子機能性高分子材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

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かつ低環境負荷で高速大量生産が可能な太陽電池として期待されている。一方、高分子がナノメートルスケールで相分離した発電層の構造が複雑で動作原理が明確でないなどの理由からエネルギー変換効率向上に向けた指針を立てられずにきた。本研究ではPC-AFMを用いる独自の手法を使って発電層の局所電変換特性を評価することで発電層の構造と素子特性とのつながりを理解できるようになり、性能向上に向けた指針を提示できるようになった。