2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of low-reflection surface structure and its application to organic photovoltaics
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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, 大学院理工学研究科, 准教授 (60396588)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣瀬 文彦 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (50372339)
水野 潤 早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, 上級研究員(研究院教授) (60386737)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機太陽電池 / 太陽光発電 / 反射防止 / ナノテクスチャ / 光学シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機薄膜太陽電池は、フレキシブル化、大面積化が容易な次世代型の低コスト太陽電池デバイスとして、近年非常に注目されている。しかし、現状では、有機太陽電池の発電効率は10%強であり、従来型のシリコン太陽電池に比べてやや低いことから、さらなる効率の改善が求められている。有機太陽電池の発電層の厚さはとても薄い（約100 nm）ため、このような薄い発電層に光を閉じ込めるための優れた反射防止技術の開発が重要となっている。そこで、本研究では、ナノ加工技術を応用して屈折率分布を調節することで、光伝搬を制御するための屈折率３次元ナノ制御技術の開発を行った。ナノテクスチャ（モスアイ）構造と干渉膜を組み合わせた反射防止構造の検討では、発電層内部で電界強度が増強されることで、発電性能が大幅に向上することを示した。また、適切な形状パラメータを有する表面テクスチャを利用することで、強い回折を引き起こして、入射光を発電層に閉じ込められることを明らかにした。さらに、有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ法）を用いて、光がガラス基板を通過する場合の電界応答を精度よく算出するための計算手法を開発し、発電電流を増加させるためのテクスチャ構造の最適化を行った。平成28年度の取り組みでは、屈折率分布の制御に伴う発電層における吸収率及び発電電流のスペクトル特性の変化に関する検討を行い、反射防止構造と太陽電池本体の適切な組み合わせが重要であることを明らかにした。このように、研究期間全体を通して、屈折率３次元ナノ制御に関する光学シミュレーションと試作評価を並行して行うことで、有機太陽電池の発電性能を顕著に向上させるための新たな技術的知見が数多く得られた。
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