2012 Fiscal Year Research-status Report
内部電場を極限まで増強させたショットキー障壁型有機薄膜太陽電池の開発
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24560012
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Shimane University |
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Principal Investigator |
広光 一郎 島根大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (40199138)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
半田 真 島根大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (70208700)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 有機太陽電池 / 内部電場 / ショットキー障壁 / 電場変調 |
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| Research Abstract |
a 本研究では太陽電池の内部電場を測定する必要がある。内部電場は電場変調スペクトル法（EA法）で測定するが，これまで知られていたEA法では極めて弱い単色光を試料に照射して測定するため，測定できるのは暗状態での電場であった。しかし，本来知りたいのは白色光照射下で太陽電池が発電している状態での電場である。そこで，本研究ではまず，EA装置を改良して白色光照射下での内部電場測定を可能とした。測定した試料はフタロシアニン(H2Pc)を用いたショットキー障壁型有機薄膜太陽電池である。白色光照射下では，光生成キャリヤが薄膜界面にトラップされて，内部電場が著しく変化する様子が観測された。特に太陽電池に順方向のバイアス電圧をかけた状態では白色光照射により内部電場が著しく増大した。これにより，キャリヤトラップが内部電場に与える影響が極めて重要であることが明らかとなった。この結果は2013年春の応用物理学会で発表した。
次に，陽極(ITO)と亜鉛フタロシアニン(ZnPc)膜の間にバッファー層(PEDOT:PSS, MoO3)あるいは自己組織化(SAM)膜（安息香酸類，塩化ベンゾイル類）を挿み，陽極の実効的な仕事関数を増大させることを試みた。達成した仕事関数の増大は最大で0.05 eVであり，SAM膜の分子双極子モーメントと仕事関数との間の相関は現時点では明確ではない。
さらに，陰極(Al)とZnPc膜の間に挿むバッファー層として，我々がこれまで用いてきたInの代わりにLiF, CaF, Mgを用い，陰極の実効的な仕事関数を減少させることを試みた。しかし，これまでのところ仕事関数の減少は達成できていない。
計画では可溶性2量体フタロシアニンの塗布膜を用いた太陽電池の試作も行う予定であったが，現時点では可溶性単量体フタロシアニン塗布膜を用いた太陽電池の試作を行うに止まっている。
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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
白色光照射下のEA測定に成功し，内部電場がキャリヤトラップによって大きく変化する様子を観測できたことは，当初予想していた以上の成果である。バッファー層やSAM膜の挿入による電極の仕事関数への影響を調べる研究は，当初期待したほどの成果はなかったものの，ほぼ計画どおり実行した。2量体フタロシアニン塗布膜を用いた研究については当初の計画より遅れている。全体的に見れは，プラスとマイナスが相殺して「概ね計画どおり達成した」と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
ほぼ当初の予定どおり研究を進める。H25年度については以下のとおりである。
1. 単量体Pcを用いた太陽電池についてPc膜厚の低減に取り組む。ITO基板表面の平滑化，及び種々のバッファー層挿入により短絡を起こしにくくすることで，膜厚10 nmを目指す。Pc膜厚が減少するほど内部電場が大きくなり，その結果吸収光子あたりのキャリヤ生成能も大きくなると予想される一方で，光吸収量は減少するので，短絡電流Iscはある膜厚で最大になるはずである。その最適膜厚を決定する。エネルギー変換効率についても同様の検討を行う。そして，内部電場の増強により，キャリヤ生成能がどれだけ上がったかを評価し，キャリヤ生成過程における内部電場の役割りについて検討を行う。
2. 可溶性単量体Pc及び可溶性2量体Pcのスピンキャスト膜を用いた太陽電池について，１と同様の研究を行う。スピンキャスト膜は真空蒸着膜に比べると膜が不均一になりやすいので， Pc膜厚を減少させるのはかなり難しい可能性がある。成膜時の溶媒や濃度を吟味し，可能な限り膜厚を小さくする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
該当なし
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