2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of organic tandem solar cells showing 15% efficiency by the pn-control of co-deposited films
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25286044
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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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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機半導体単結晶 / 超高速移動度 / 超バルクヘテロ接合 / 横取り出し / pn制御 / ホール効果 / キャリア濃度 / ドーピング効率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、pn制御技術を、有機共蒸着膜に直接適用し、タンデムセルを作製して高効率を目指す。これまでに、超高速キャリア移動度を示す有機半導体単結晶薄膜作製を用いて、ミリメータオーダーの距離で、光生成ホールと電子を横方向に取り出すタイプのセルの作製に成功した。これまでの常識を覆す横取り出し距離が得られ、超高速ホール移動度C8-BTBT単結晶薄膜では0.4 mm、超高速電子移動度PTCDI-C8単結晶薄膜では0.2 mmに達した。H28年では、これらのホール・電子ハイウェーを組み合わせて、光生成したホール、電子を同時に横取り出しする「超バルクヘテロ接合セル」の動作実証と性質の解明を行った。ハイウェー膜厚を５分子層まで減らして多層化し、多くのPTCDI-C8/C8-BTBT界面を組み込んだ、超バルクヘテロ接合セルにおいて、励起子拡散距離3.9 nm、励起子収集効率79%、キャリア収集効率93%が得られ、光電流が大きく増大することを確認した。また、開放端電圧は1.0 Vに達した。「超バルクヘテロ接合セル」は、これまでに無いタイプのタンデムセルである。以上は、本研究の目標に値する成果と考えている。
なお、上記C8-BTBT, ルブレン等のドーピング有機単結晶を作製し、ホール効果によって、キャリア移動度、キャリア濃度、ドーピングイオン化率を測定することに世界で初めて成功した。単結晶のドーピング効率24%は、アモルファスのドーピング効率1.2%に比べて非常に大きいこと、移動度がドーピングによる結晶格子の歪みによる散乱によって低下することを初めて観測した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Bandgap Science for Organic Solar Cells2016
Author(s)
M. Hiramoto
Organizer
KJF-ICOMEP 2016 (KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2016)
Place of Presentation
ACROS FUKUOKA, Fukuoka city, Fukuoka, Japan
Year and Date
2016-09-06
Int'l Joint Research
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[Presentation] Bandgap Science for Organic Solar Cells2016
Author(s)
M. Hiramoto
Organizer
IUMRS-ICEM2016 (International Union of Materials research Societies - International Conference on Electronic Materials 2016)
Place of Presentation
SUNTEC Singapore Convention & Exhibition Centre, Singapore
Year and Date
2016-07-07
Int'l Joint Research
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