2014 Fiscal Year Annual Research Report
C60誘導体アクセプターの配列制御を基軸とした逆型有機薄膜太陽電池の高効率化
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25708029
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
桑原 貴之 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (80464048)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 有機薄膜太陽電池 / 電子捕集層 / 界面制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究室ではこれまでに、大気中で安定な電極ならびに電荷捕集層を用いることにより、大気中作製が可能で、長寿命を有する逆型有機薄膜太陽電池の開発に成功している。
本年度は、電子捕集層/発電層界面と有機薄膜太陽電池の性能との相関を明らかにするために、電子捕集層としてゾルゲル酸化亜鉛（sol-gel ZnO）、酸化亜鉛ナノ粒子（ZnO NP）、化学浴析出酸化チタン（TiOx）、ITO修飾材料である1,4-bis(3-aminopropyl)piperazine（BAP）、ならびにpolyethylenimine ethoxylated（PEIE）を用い、有機発電層としてP3HT:PCBMならびにP3HT:ICBAを用いた有機薄膜太陽電池を作製し、その電池特性を評価した。また、その素子性能の差を、電子捕集層ならびに有機発電層の表面自由エネルギー、表面形状、発電層内のドナー・アクセプター材料の濃度分布の観点から考察した。
上記した各電子捕集層を用いた素子で、変換効率に差が見られ、この差は特に短絡光電流（Jsc）に起因していることが分かった。ZnO NPやPEIEを用いた際に、高い性能が得られたことから、PEIEおよびZnO NP表面とICBAの親和性が良く、この界面における電子輸送効率が良好であることが示唆される。この素子性能の差を考察するにあたり、電子捕集層および発電材料の表面自由エネルギーの測定を行った。その結果、Jscは表面自由エネルギーが近い電子アクセプターと電子捕集層を用いたときに高い値を示し、Jsc値は表面自由エネルギーと相関があることが明確に示された。すなわち、PEIEならびにZnO NPを修飾したITO電極に対してPCBMやICBAの親和性が良く、これらから構成された界面における電子輸送効率が高いことが示された。
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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
本実験により、56pai系フラーレンと電子捕集層界面の親和性と電池特性の相関が得られたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は初年度・2年目に実施した項目を相互補完することにより、最終的に、初期性能10%以上で、1000時間連続照射後でも初期性能の90%以上を確保する高性能素子を開発し、逆型有機薄膜太陽電池の高性能化のための基盤技術を確立することを目指す。
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[Journal Article] Influence of 4-fluorophenyl pendants in thieno[3,4-b]thiophene-benzo-[1,2-b:4,5-b']dithiophene-based polymers on the performance of photovoltaics2015
Author(s)
T. Yamamoto, T. Ikai, S. Katori, T. Kuwabara, K, Maeda, T. Koganezawa, K. Takahashi, S. Kanoh
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Journal Title
J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem.
Volume: in press
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Thieno[3,4-b]thiophene-benzo-[1,2-b:4,5-b']dithiophene-based polymers bearing optically pure 2-ethylhexyl pendants: synthesis and application in polymer solar cells2015
Author(s)
T. Ikai, R. Kojima, S. Katori, T. Yamamoto, T. Kuwabara, K, Maeda, K. Takahashi, S. Kanoh
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Journal Title
Polymer
Volume: 56
Pages: 171-177
DOI
Peer Reviewed
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