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2010 Fiscal Year Annual Research Report

有機薄膜太陽電池の表面プラズモン共鳴による高効率化に関する研究

Publicly Offered Research

Project AreaStrong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions
Project/Area Number 21020020
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

尾崎 雅則  大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50204186)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 藤井 彰彦  大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (80304020)
吉田 浩之  大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教 (80550045)
Keywordsプラズモン / 有機薄膜太陽電池 / 導電性高分子 / フタロシアニン
Research Abstract

有機薄膜太陽電池は、励起子拡散長が短いためドナー-アクセプター界面で生成された励起子のみが解離して光電流に寄与し、キャリア生成サイトが少ないことが、高効率化において最大の問題の一つである。本研究では、表面プラズモンを利用した有機薄膜太陽電池の高効率化について検討を行った。まず、ドナーとアクセプターが素子全体にわたって入り組んだ相分離構造を形成するバルクヘテロ型、および、ドナーとアクセプターとの積層界面で両者の入り組んだ状態を自己組織的に形成する相互浸透積層構造型を採用し、金属ナノ微粒子の導入効果を検討した。その結果、外部量子効率EQEが80%近い光吸収波長範囲内での大きなプラズモン効果は期待できず、吸収範囲の拡大あるいは吸収の少ない波長領域でのプラズモン利用の検討の必要性を示した。次に、ドナー材料として導電性高分子およびフタロシアニン、アクセプター材料としてC_<60>またはフラーレン誘導体PCBMを用いて、積層構造を金属薄膜で挟んだMIM構造を作製し、光電流スペクトルの測定よりプラズモンがキャリア生成機構に及ぼす効果、特に長距離伝搬プラズモンが励起子生成機構に及ぼす効果を調べた。その過程で、側鎖を導入した液晶性フタロシアニンをドナー材料として用いた場合、低分子でありながら溶媒塗布によりバルクヘテロ構造の形成が可能であり、0.8Vを超える高い開放電圧が得られ、3.2%のエネルギー変換効率が得られた。また、導電性高分子/PCBM複合系に液晶性フタロシアニンを添加することにより、導電性高分子吸収帯域におけるEQEを損なうことなく、赤外域でのキャリア生成が増大し、短絡電流の増大・効率の改善に寄与することを明らかにした。

  • Research Products

    (31 results)

All 2011 2010

All Journal Article (11 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (18 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] High Carrier Mobility up to 1.4 cm^2・V^<-1>・s^<-1> in Non-Peripheral Octahexyl Phthalocyanine2011

    • Author(s)
      Yasuo Miyake, M.Ozaki
    • Journal Title

      Appl.Phys.Express

      Volume: 4 Pages: 021604(3)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 有機薄膜太陽電池の研究開発動向と展望2011

    • Author(s)
      尾崎雅則、藤井彰彦
    • Journal Title

      化学工業

      Volume: 62 Pages: 62-69

  • [Journal Article] Solution Processable Organic Solar Cell Based on Bulk Heterojunction Utilizing Phthalocyanine Derivative2010

    • Author(s)
      Tetsuro Hori, Masanori Ozaki
    • Journal Title

      Appl.Phys.Express

      Volume: 3 Pages: 101602(3)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dispersion of nanoparticles in liquid crystals by sputtering and its effect on the electrooptic properties2010

    • Author(s)
      Hiroyuki Yoshida
    • Journal Title

      IEICE Transactions on Electronics

      Volume: Vol.E93-C Pages: 1595-1601

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solvent Vapor Treatment Effects of Poly(3-hexylthiophene) Thin Film and its Application for Interpenetrating Heterojunction Organic Solar Cells2010

    • Author(s)
      Tetsuro Hori, M.Ozaki
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 3 Pages: 4939-4949

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of ZnO Nanopillars and Their Application to Organic Photovoltaic Cells Based on Conducting Polymer and Fullerene2010

    • Author(s)
      Hiroki Moritou, M.Ozaki
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: 49 Pages: 128003(2)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photovoltaic Properties in Interpenetrating Heterojunction Organic Solar Cells Utilizing MoO3 and ZnO Charge Transport Buffer Layers2010

    • Author(s)
      Tetsuro Hori, M.Ozaki
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 3 Pages: 4915-4921

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface Plasmon Enhanced Photoluminescence on Biharmonic Grating Structure2010

    • Author(s)
      Yasumasa Fujiwara, M.Ozaki
    • Journal Title

      J.Nonlinear Optical Phys.& Mater

      Volume: 19 Pages: 571-581

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 有機薄膜太陽電池とプラズモニクス2010

    • Author(s)
      尾崎雅則、藤井彰彦
    • Journal Title

      オプトロニクス

      Volume: 29 Pages: 95-98

  • [Journal Article] 有機薄膜太陽電池の最近の進展2010

    • Author(s)
      藤井彰彦、尾崎雅則
    • Journal Title

      応用物理

      Volume: 79 Pages: 413-416

  • [Journal Article] スパッタ法によるナノ粒子分散液晶の作製2010

    • Author(s)
      吉田浩之、尾崎雅則
    • Journal Title

      日本液晶学会誌

      Volume: 第14号4巻 Pages: 233-240

  • [Presentation] Liquid Crystalline Phthalocyanines as a Self-assembling Organic Semicon ductor for Solution-Processing Thin Film Devices2011

    • Author(s)
      Yasuo Miyake
    • Organizer
      SPIE Photonics West, OPTO 2011
    • Place of Presentation
      San Francisco, USA(招待講演)
    • Year and Date
      2011-01-25
  • [Presentation] Discotic Mesogenic Molecule with High Carrier Mobility in Excess of 1cm^2/Vs and Solution-Processable Bulk-Heterojunction Solar Cell2010

    • Author(s)
      Masanori Ozaki
    • Organizer
      9th International Conference on Nano-MolecularElectronics (ICNME2010)
    • Place of Presentation
      Portopia Hotel, Kobe
    • Year and Date
      2010-12-14
  • [Presentation] Columnar Liquid Crystals with High Carrier Mobility and Their Application to Printable Electronics2010

    • Author(s)
      Masanori Ozaki
    • Organizer
      2010 MRS Fall Meeting, Symposium L : Liquid-Crystal Materials-Beyond Displays
    • Place of Presentation
      Boston, USA(招待講演)
    • Year and Date
      2010-11-29
  • [Presentation] イオン液体中における金ナノ粒子の表面プラズモン吸収2010

    • Author(s)
      井上健太
    • Organizer
      平成22年電気関係学会関西支部連合大会
    • Place of Presentation
      立命館大学、滋賀県草津市
    • Year and Date
      2010-11-14
  • [Presentation] 可溶性フタロシアニン誘導体を用いたバルクヘテロ型有機薄膜太陽電池のPCBM比率依存性2010

    • Author(s)
      堀哲郎
    • Organizer
      平成22年電気関係学会関西支部連合大会
    • Place of Presentation
      立命館大学、滋賀県草津市
    • Year and Date
      2010-11-13
  • [Presentation] 高キャリア移動度を有する1,4,8,11,15,18,22,25-オクタヘキシルフタロシアニン2010

    • Author(s)
      三宅康雄
    • Organizer
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学、長崎市
    • Year and Date
      2010-09-16
  • [Presentation] 可溶性フタロシアニン誘導体を用いた塗布型バルクヘテロ接合有機薄膜太陽電池2010

    • Author(s)
      堀哲郎
    • Organizer
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学、福岡市
    • Year and Date
      2010-09-15
  • [Presentation] 垂直配向液晶を用いた金属周期構造の表面プラズモン共鳴の電界制御2010

    • Author(s)
      小川康宏
    • Organizer
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学、長崎市
    • Year and Date
      2010-09-14
  • [Presentation] スパッタドープ法により作製した金ナノ粒子分散溶液における屈折率変調効果に関する検討2010

    • Author(s)
      熊谷孝幸
    • Organizer
      2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学、長崎市
    • Year and Date
      2010-09-14
  • [Presentation] 高キャリア移動度を示す1,4,8,11,15,18,22,25-オクタアルキルフタロシアニン同族列のキャリア輸送特性2010

    • Author(s)
      三宅康雄
    • Organizer
      2010年日本液晶学会講演会・討論会
    • Place of Presentation
      九州大学、福岡市
    • Year and Date
      2010-09-08
  • [Presentation] Electric Field Tuning of Surface Plasmon Resonance using Vertical Alignment Liquid Crystals on a Silver Grating Structure2010

    • Author(s)
      Yasuhiro Ogawa
    • Organizer
      23th International Liquid Crystal Conference, ILCC 2010
    • Place of Presentation
      Jagiellonian University Conference Centre, Krakow, Poland
    • Year and Date
      2010-07-15
  • [Presentation] Unexpectedly High Carrier Mobility in the Homologues of 1,4,8,11,15,18,22,25-Octaalkylphthalocyanine2010

    • Author(s)
      Yasuo Miyake
    • Organizer
      23th International Liquid Crystal Conference, ILCC 2010
    • Place of Presentation
      Jagiellonian University Conference Centre, Krakow, Poland
    • Year and Date
      2010-07-12
  • [Presentation] High Carrier Mobility in Columnar and Crystalline Phases of Discotic Mesogenic Molecules2010

    • Author(s)
      Masanori Ozaki
    • Organizer
      International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010 (ICSM2010)
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center, Kyoto(招待講演)
    • Year and Date
      2010-07-09
  • [Presentation] Fabrication of Organic Photovoltaic Cells by Lamination Method2010

    • Author(s)
      Hiroki Moritou
    • Organizer
      International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010 (ICSM2010)
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center, Kyoto
    • Year and Date
      2010-07-06
  • [Presentation] Photocurrent Enhancement by Localized Electric Field on Metal-Insulator-Metal Structure2010

    • Author(s)
      Junki Sakamoto
    • Organizer
      International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010 (ICSM2010)
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center, Kyoto
    • Year and Date
      2010-07-06
  • [Presentation] Fluorescence Enhancement of a Conducting Polymer by Surface Plasmon on Biharmonic Silver Gratings2010

    • Author(s)
      Yasumasa Fujiwara
    • Organizer
      International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2010 (ICSM2010)
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center, Kyoto
    • Year and Date
      2010-07-06
  • [Presentation] Surface Plasmon Enhanced Photoluminescence on Biharmonic Grating Structure2010

    • Author(s)
      Yasumasa Fujiwara
    • Organizer
      International Conference on Nanophotonics 2010
    • Place of Presentation
      Tsukuba, Ibaraki
    • Year and Date
      2010-06-01
  • [Presentation] Electrical tuning of Surface Plasmon Polaritons using Twisted Nematic Liquid Crystal on Metallic Grating Structure2010

    • Author(s)
      Yasuhiro Ogawa
    • Organizer
      International Conference on Nanophotonics 2010
    • Place of Presentation
      Tsukuba, Ibaraki
    • Year and Date
      2010-05-30
  • [Book] 有機半導体デバイス-基礎から最先端材料・デバイスまで-2010

    • Author(s)
      尾崎雅則
    • Total Pages
      166-171
    • Publisher
      オーム社
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 特許権2010

    • Inventor(s)
      清水洋、尾崎雅則、藤井彰彦、堀哲郎、三宅康雄
    • Industrial Property Rights Holder
      産業技術総合研究所大阪大学
    • Industrial Property Number
      特願2010-149044
    • Filing Date
      2010-06-30

URL: 

Published: 2012-07-19  

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