2020 Fiscal Year Annual Research Report
New type solar cells using doped organic single crystal wafers
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19K22175
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
平本 昌宏 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 教授 (20208854)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊澤 誠一郎 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 助教 (60779809)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機太陽電池 / ドーピング / 有機単結晶ウェハー / 面抵抗 / ドナー／アクセプター接合 / 水平接合長さ / 拡散距離 / トラップ誘起無輻射再結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ドーピング有機単結晶ウェハーを用いた新原理太陽電池を作製し、バルクヘテロ接合がなくても実用的な効率が得られることを実証する。
今年度、アクセプターとして働く塩化鉄を100 ppmドープした、p型ホモエピドープ層を有するルブレン単結晶を基板上に、フラーレンを設け、ドナー（ルブレン単結晶）／アクセプター（フラーレン）接合を持つ光起電力セルを作製した。光電流密度はp層の面抵抗によって支配されていることが明らかになった。実用的な光電流密度 20 mA/cm2を得るためには、p型ホモエピ層の膜厚を65マイクロメーターまで増大させる必要があることが分かった。このことから、ルブレン有機単結晶バルク全体にドーピングする技術が、実用的な有機単結晶太陽電池を実現するには必要不可欠であることが分かった。
また、電子とホールを基板に対して水平方向に取り出す「水平交互接合」という新しいコンセプトを提案し、水平接合長さ依存性を評価し、1.8 cm というマクロな距離で明瞭な光起電力特性が観測できた。電子とホールの拡散距離は、それぞれ、4.63 と4.67 mm と決定できた。短絡光電流の光強度依存性の傾きは１に近く、２分子再結合がほとんど起こっていないことが分かった。一方、光電流は水平接合長さが長くなるほど減少しており、トラップ誘起無輻射再結合が起こっていることが分かった。トラップとして働く分子欠陥を除去することで、水平接合セルの性能をさらに向上できる可能性がある。
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