2015 Fiscal Year Research-status Report
屈折率３次元ナノ制御による超低反射表面構造の創製と有機太陽電池への応用
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26390025
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
久保田 繁 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (60396588)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣瀬 文彦 山形大学, 理工学研究科, 教授 (50372339)
水野 潤 早稲田大学, 付置研究所, 教授 (60386737)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / 反射防止 / 光学解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２７年度の研究では、前年度に続いて、屈折率３次元ナノ制御を応用した有機太陽電池の反射防止技術の検討を行った。モスアイ構造（周期ナノ構造）の光学特性の解析では、有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ法）による光学シミュレーションを用いて、モスアイの幾何形状が発電性能に及ぼす影響を調べた。ＦＤＴＤ法では、光がガラス基板を通過する場合に、実際のデバイスでは見られない電界応答の強い振動が生じるため、この振動成分を除去して、電界応答を効率よく求めるための計算アルゴリズムを構築した。アルゴリズムの妥当性は、得られた結果を特性マトリクス法に基づく計算結果と比較することで検証した。また、グリッドサーチとパターンサーチを併用した２段階アルゴリズムを用いて、モスアイ構造の周期と高さに関する大域的最適化を図った。有機太陽電池内部の電界分布を調べた結果、最適化されたモスアイ構造を使用することで、発電層内の電界強度が著しく強められることが判明した。また、ナノインプリントによりモスアイを積層した場合の形状誤差が、発電性能に与える影響についても調査した。さらに、モスアイ構造と多層干渉膜を融合したハイブリッド反射防止構造の設計及び試作を行うことで、各種条件での有機太陽電池の発電性能を解析すると共に、デバイス作成におけるプロセス条件の改善を図った。
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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
当初の目的の通り、有機太陽電池用反射防止構造に関する解析を行い、発電性能を向上させるためのモスアイ構造の最適な幾何形状を提案すると共に、光学解析を効率的に行うための独自の計算アルゴリズムの開発も行った。実験・シミュレーションの双方で幅広い検討を行っており、研究全体として顕著な成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、３次元屈折率ナノ制御に関するさらなる検討を行い、有機太陽電池のための最適な反射防止構造を提案すると共に、提案した構造の試作・評価を通して、その効果を実証することが主要な課題である。
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| Causes of Carryover |
反射防止構造の開発において、実験方法を見直してより効率的に試験を進めたことにより、さらに実験項目を追加すると共に購入する材料の一部を変更したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
反射防止構造の開発において、追加された実験項目も含めて、研究を進める上で必要となる材料の購入に使用する。
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