2016 Fiscal Year Annual Research Report
High efficiency organic photovoltaic cell with nano structure and controlled p-n ratio fabricated by electrospray deposition
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26420267
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
福田 武司 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (40509121)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 静電塗布法 / 有機薄膜太陽電池 / 溶媒蒸発時間 / ラマンスペクトル / 分子配向 / 結晶子サイズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
主に静電塗布法における溶媒蒸発時間の制御およびそれを利用した有機薄膜の分子配向評価・太陽電池特性の向上に注力した。また、これまではP3HTを中心に検討を行っていたが、高い発電効率を期待して低バンドギャップポリマーであるPTB7-Thも合わせて評価を行った。P3HTでは、クロロベンゼンとジクロロベンゼンの両方も場合においても、溶媒蒸発時間が長くなると、ラマンスペクトルや紫外可視吸収スペクトルから得られる分子配向の向上、SPring8での微小角入射X線解析から得られるエッジオン比率と結晶子サイズの増大が得られた。また、太陽電池特性も同様の傾向を示しており、溶媒蒸発時間がP3HTの分子配向・グレインサイズ増大に有効なパラメータであり、この知見を活かして静電塗布法を用いた有機薄膜太陽電池の発電効率の向上が可能であった。また、PTB7-Thを用いた系ではラマンスペクトルでは有意な差が観測されなかったが、X線回折から溶媒蒸発時間が長くなることで結晶子サイズが大きくなった。しかし、エッジオン比率はほぼ同程度であったことから、PTB7-Thでは主鎖が分子配向に大きな影響を与えて、分子配向は変化せずに結晶子が大きくなったと結論付けられた。また、溶媒蒸発時間が長くなると太陽電池特性も向上しており、この結晶子サイズの増大がキャリア分離効率の向上を引き起こしたと考えられる。また、太陽電池特性は最高で8.5%を実現した。さらに、成膜しながらラマンスペクトルを測定可能な静電塗布装置を構築して、リアルタイムでのポリマーの分子配向状態を評価可能にした。静電塗布法を用いた太陽電池特性の向上に並行して、一般的なスピンコート法を用いた有機薄膜太陽電池でも、逆型構造のZnOの熱処理温度や光干渉効果を利用した素子構造の最適化、順型構造のMoOxの熱処理が特性向上などを検討して10.1%までの発電効率向上に成功した。
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