2013 Fiscal Year Annual Research Report
デバイスレス有機薄膜太陽電池性能予測診断システムの開発
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25288084
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
佐伯 昭紀 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10362625)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機太陽電池 / マイクロ波分光 / 時間分解評価 |
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| Research Abstract |
デバイスレスXe-flash TRMCシステムを駆使して、高効率太陽電池実現のための新たな材料設計・合成を行った。ベンゾビスチアゾール(BBTz)は、通常はアクセプターユニットとして認識され、近年、CPDTなどのドナーユニットと組み合わせた共重合体が報告されている。しかし、その変換効率は1～3%程度に留まっている。従来の組み合わせに比べ、未検討な新たな組み合わせでは共重合体のHOMOはより深くなり、バンドギャップも狭くなることが予想でき、高効率有機薄膜太陽電池材料として期待できると考えた。
そこで、BBTzとベンゾビスチアゾール(BT)からなる高分子を合成し、TRMC測定並びに太陽電池評価を行った。当初、太陽電池性能は発現しなかったが、TRMC法で評価を行ったところ、高い過渡伝導度信号が観測された。そこで、溶解性を向上させるため、分岐アルキル基の導入やBBTzとBTzの間にさらにアルキルチオフェン環を挟んだ構造の共重合体を合成した。さらにデバイス構造を検討することで、3.8%の効率が得られた。初年度の新規材料の設計・合成関連の研究を通じて、アクセプターユニットをドナーユニットとして使うという新たなコンセプトの実証に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本課題では、研究者らが開発したXe-flashによる高性能なデバイスレス太陽電池評価システムの構築を主たる目的としている。また、2年度以降に、このデバイスレス装置を用いて高効率な太陽電池材料を開発する予定であったが、初年度にそのような高分子を見出し、実証することに成功した。2年目以降は、さらなる高効率材料の開発に向け、研究が加速できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度中に迅速・安定なデバイスレス予測診断システムの大まかな枠組は完成した。このシステムでは主にX-band(9 GHz)のマイクロ波を用いるが、マイクロ波法の特長として、測定周波数を変えることで測定の時間分解能と電荷キャリアの振動距離を変えることができる点が挙げられる。さらに高周波のK-band（18 GHz）・Q-band(34 GHz)を用いることで、電子アクセプター濃度に対する過渡伝導度の依存性を変えることができる。それにより、測定ダイナミックレンジをコントロールし、かつ測定系を小型にすることが可能である。また、有機薄膜太陽電池の活性層だけでなく、酸化チタンなどの無機材料の複合的評価を可能にする探索的研究も行う。この周波数変調の結果と併せることで、有機薄膜太陽電池の性能をデバイスレスで、トータルに診断できるシステムの構築が期待できる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究グループ全体の次年度(H26年度)の予算獲得状況が不確定であったため、研究を遂行するために最低限必要な薬品・実験器具等の消耗品に充てる資金を確保した。
幸い、グループの次年度(H26年度)の予算も確保されたため、本課題を効果的に進めるための装置の購入に充てる予定である。
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