無機/有機ヘテロ界面制御による逆型有機薄膜太陽電池の性能劣化解析と高耐久化

• 研究課題/領域番号: 21686011
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 桑原 貴之 金沢大学, 物質化学系, 助教 (80464048)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 23,660千円 (直接経費: 18,200千円、間接経費: 5,460千円); 2011年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2010年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円); 2009年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: 太陽電池 / 長寿命化 / エネルギー効率 / 有機薄膜太陽電池 / 劣化機構 / 耐久性向上 / 交流インピーダンス / 耐久性

研究概要

本研究は逆構造素子による有機薄膜太陽電池の性能劣化解析と高耐久化を目的としている。
交流インピーダンス法、キャリア移動度測定、表面AFM測定などを組み合わせて、太陽電池の性能劣化因子の解明を行った結果、n型半導体/PCBM界面に加えて、PCBM : P3HT発電層バルク中におけるモロフォロジー変化が有機薄膜太陽電池の性能低下に起因していることを見出した。この劣化解析を基に作製した逆構造素子において、未封止・大気中で100時間の連続駆動でもほとんど性能が劣化しない高耐久素子の開発にも成功した。さらに素子を封止することによって、フィールド試験において1年以上の連続駆動において95%以上の性能保持が確認できた。

研究成果

• [雑誌論文] Flexible inverted polymer solar cells on polyethylene terephthalate substrate containing zinc oxide electron-collection-layer prepared by novel sol-gel method and low-temperature treatments (2012)
  • 著者名/発表者名: Org. Electron., T. Kuwabara, T. Nakashima, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 巻: 13,(7)
  • ページ: 1130-1136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fullerene acceptor for improving open-circuit voltage in inverted organic photovoltaic devices without accompanying decrease in short-circuit current density (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuo, J. Hatano T. Kuwabara, K. Takahashi
  • 巻: 100,(6)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flexible inverted polymer solar cells on polyethylene terephthalate substrate containing zinc oxide electron-collection-layer prepared by novel solgel method and low-temperature treatments (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Kuwabara, T.Nakashima, T.Yamaguchi, K.Takahashi
  • 雑誌名: Org.Electron. 巻: (in press) 号: 7 ページ: 1136-1140
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2012.03.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fullerene acceptor for improving open-circuit voltage in inverted organic photovoltaic devices without accompanying decrease in short-circuit current density (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Matsuo, J.Hatano T.Kuwabara, K.Takahashi
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 巻: 100 号: 6
  • DOI: 10.1063/1.3683469
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of Thieno[ 3, 4-b] thiophene-Based Copolymers Bearing 4-Substituted Phenyl Ester Pendants : Facile Fine-Tuning of HOMO Energy Levels (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, T. Ikai, M. Kuzuba, T. Kuwabara, K. Maeda, K. Takahashi, S. Kanoh
  • 巻: 44,(17)
  • ページ: 6659-6662
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flexible inverted polymer solar cells containing an amorphous titanium oxide electron collection electrode (2011)
  • 著者名/発表者名: I. Sasajima, S. Uesaka, T. Kuwabara, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 巻: 12,(1)
  • ページ: 113-118
  • NAID: 120002661937
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of Thieno[3,4-b]thiophene-Based Copolymers Bearing 4-Substituted Phenyl Ester Pendants : Facile Fine-Tuning of HOMO Energy Levels (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Yamamoto, T.Ikai, M.Kuzuba, T.Kuwabara, K.Maeda, K. Takahashi, S.Kanoh
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 44 号: 17 ページ: 6659-6662
  • DOI: 10.1021/ma201501g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flexible inverted polymer solar cells containing an amorphous titanium oxide electron collection (2011)
  • 著者名/発表者名: I.Sasajima, S.Uesaka, T.Kuwabara, T.Yamaguchi, K.Takahashi
  • 雑誌名: Org.Electron. 巻: 12 ページ: 113-118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Element-saving preparation of an efficient electrode catalyst based on self-assembly of Pt colloid nanoparticles onto an ITO electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Kajita, T. Kuwabara, D. Hasegawa, M. Yagi
  • 巻: 12,(12)
  • ページ: 2150-2152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Insights into UV-Induced Electron Transfer from PCBM to Titanium Oxide in Inverted-Type Organic Thin Film Solar Cells Using AC Impedance Spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, C. Iwata, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 巻: 2,(8)
  • ページ: 2254-2260
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen reduction at negatively charged iron porphyrins heat-treated and bridged by alkaline-earth metal ions (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi, K. Tsukamoto, O. Ikeda, R. Tanaka, T. Kuwabara, K. Takahashi
  • 巻: 55,(20)
  • ページ: 6042-6048
  • NAID: 120002260550
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverted bulk-heterojunction organic solar cell using chemical bath deposited titanium oxide as electron collection layer (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, H. Sugiyama, M. Kuzuba, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 巻: 11,(6)
  • ページ: 1136-1140
  • NAID: 120002661938
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Insights into UV-Induced Electron Transfer from PCBM to Titanium Oxide in Inverted-Type Organic Thin Film Solar Cells Using AC Impedance Spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kuwabara, C.Iwata, T.Yamaguchi, K.Takahashi
  • 雑誌名: ACS Appl.Mater.Interfaces 巻: 2 ページ: 2254-2260
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverted bulk-heterojunction organic solar cell using chemical bath deposited titanium oxide as electron collection layer (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kuwabara, H.Sugiyama, M.Kuzuba, T.Yamaguchi, K.Takahashi
  • 雑誌名: Org.Electron. 巻: 11 ページ: 1136-1140
  • NAID: 120002661938
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverted bulk-heterojunction organic solar cell using chemical bath deposited titanium oxide as electron collection layer (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kuwabara^*, H.Sugiyama, M.Kuzuba, T.Yamaguchi, K.Takahashi^*
  • 雑誌名: Org.Electron. (in press)
  • NAID: 120002661938
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Inverted-Type Organic Solar Cells with a ZnO Layer as the Electron Collection Electrode by ac Impedance Spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, Y. Kawahara, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 巻: 1,(10)
  • ページ: 2107-2110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Inverted-Type Organic Solar Cells with a ZnO Layer as the Electron Collection Electrode by ac Impedance Spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Kuwabara^*, Y.Kawahara, T.Yamaguchi, K.Takahashi^*
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 1 ページ: 2107-2110
  • 査読あり
• [学会発表] Flexible inverted polymer solar cells with a sol-gel derived amorphous titanium oxide as an electron collection electrode (2011)
  • 著者名/発表者名: I. Sasajima, T. Kuwabara, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 学会等名: The 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference(PVSEC-21)
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk(福岡県)
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] Close relationship between the morphology of the photoactive layer and performance of inverted bulk heterojunction polymer solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kuzuba, T. Kuwabara, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 学会等名: The 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference(PVSEC-21)
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk(福岡県)
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] Fiexible inverted polymer solar cells with a sol-gel derived amorphous titanium oxide as an electron collection electrode (2011)
  • 著者名/発表者名: I.Sasajima, T.Kuwabara, T.Yamaguchi, K.Takahashi
  • 学会等名: The 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-21)
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk(福岡市)
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] Close relationship between the morphology of the photoactive layer and performance of inverted bulk heterojunction polymer solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Kuzuba, T.Kuwabara, T.Yamaguchi, K.Takahashi
  • 学会等名: The 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-21)
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk(福岡市)
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] エタノールアミン-亜鉛錯体を前駆体に用いた酸化亜鉛薄膜の作製および有機薄膜太陽電池への応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 玉井千香,笹島郁美,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: H23日本化学会近畿支部北陸地区講演会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県)
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] アセチルアセトン-亜鉛錯体を前駆体に用いた酸化亜鉛薄膜の作製および有機薄膜太陽電池への応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大村佳弘,中島知昭,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: H23日本化学会近畿支部北陸地区講演会
  • 発表場所: 金沢大学(金沢市)
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] 化学浴析出酸化チタン薄膜の熱処理温度を変化させた時の逆型有機薄膜太陽電池特性について (2011)
  • 著者名/発表者名: 矢野勝寛,葛葉光洋,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: H23日本化学会近畿支部北陸地区講演会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県)
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] 大気中低温プロセスによる逆型有機薄膜太陽電池の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中島知昭,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: H23日本化学会近畿支部北陸地区講演会
  • 発表場所: 金沢大学(石川県)
  • 年月日: 2011-11-18
• [学会発表] 炭素繊維上への有機薄膜太陽電池製作の試み (2011)
  • 著者名/発表者名: 笹島郁美,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信,大泉春菜,表研次
  • 学会等名: 2011年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ(新潟県)
  • 年月日: 2011-09-11
• [学会発表] 逆型有機薄膜太陽電池への種々フラーレンの適用について (2011)
  • 著者名/発表者名: 池田泰生,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: 2011年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ(新潟県)
  • 年月日: 2011-09-11
• [学会発表] 炭素繊維上への有機薄膜太陽電池製作の試み (2011)
  • 著者名/発表者名: 笹島郁美, 桑原貴之, 山口孝浩, 高橋光信, 大泉春菜, 表研次
  • 学会等名: 2011年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ(新潟市)
  • 年月日: 2011-09-11
• [学会発表] 逆型有機薄膜太陽電池への種々フラーレンの適用について (2011)
  • 著者名/発表者名: 池田泰生, 桑原貴之, 山口孝浩, 高橋光信
  • 学会等名: 2011年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ(新潟市)
  • 年月日: 2011-09-11
• [学会発表] Preparation of chemical bath deposited titanium oxide for its application in inverted bulk-heterojunction polymer solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 学会等名: 10th International Conference on Materials Chemistry(MC10)
  • 発表場所: University of Manchester(UK)
  • 年月日: 2011-07-06
• [学会発表] Preparation of chemical bath deposited titanium oxide for its application in inverted bulk-heterojunction polymer solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kuwabara, T.Yamaguchi, K.Takahashi
  • 学会等名: 10th International Conference on Materials Chemistry (MC10)
  • 発表場所: University of Manchester (UK)
  • 年月日: 2011-07-06
• [学会発表] 空間電荷制限電流を利用した有機薄膜のキャリア移動度評価法の検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 江本夏弥,葛葉光洋,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: H22日本化学会近畿支部北陸地区講演会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] ショットキー障壁ダイオードを用いた酸化亜鉛薄膜の電気特性評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小森香津枝,中島知昭,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: H22日本化学会近畿支部北陸地区講演会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] フレキシブル逆型有機薄膜太陽電池のための酸化亜鉛電子捕集層の検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 中島知昭,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: H22日本化学会近畿支部北陸地区講演会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] 加納重義逆型有機薄膜太陽電池の高効率化に向けたフラーレン受容体の検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西部敬太,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信,皿井悠嗣,井改知幸,前田勝浩
  • 学会等名: H22日本化学会近畿支部北陸地区講演会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
  • 年月日: 2010-11-18
• [学会発表] フレキシブル逆型有機薄膜太陽電池の開発およびModule化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 笹島郁美,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: 2010年電気化学会北陸支部秋季大会
  • 発表場所: 福井大学(福井県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] Characterization of inverted polymer solar cells containing TiOx film prepared as electron collecting layer by chemical bath deposition (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Kuzuba, T. Kuwabara, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 学会等名: 2010年電気化学会北陸支部秋季大会
  • 発表場所: 福井大学(福井県)
  • 年月日: 2010-09-21
• [学会発表] フレキシブル逆型有機薄膜太陽電池の開発およびModule化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 笹島郁美,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学(長崎県)
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] 化学浴析出法により作製した酸化チタン薄膜を電子捕集層に用いた逆型有機薄膜太陽電池の光電変換特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 葛葉光洋,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学(長崎県)
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] Characterization of inverted organic solar cells with ZnO layer as an anode by ac impedance spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, Y. Kawahara, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 学会等名: 1st International Conference on Materials for Energy
  • 発表場所: Convention Center of Karlsruhe(Germany)
  • 年月日: 2010-07-05
• [学会発表] Characterization of inverted organic solar cells with ZnO layer as an anode by ac impedance spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kuwabara, Y.Kawahara, T.Yamaguchi, K.Takahashi
  • 学会等名: 1st International Conference on Materials for Energy
  • 発表場所: Convention Center Karlsruhe(ドイツ、カールスルーエ)
  • 年月日: 2010-07-05
• [学会発表] 低温プロセスを用いたフレキシブル逆型有機薄膜太陽電池の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 笹島郁美,上坂正吾,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: 電気化学会第77回大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] 化学浴析出法により作製した酸化チタン薄膜を用いた逆型有機薄膜太陽電池の光電変換特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 葛葉光洋,上坂正吾,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: 電気化学会第77回大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] ゾル-ゲル法により作製した酸化亜鉛薄膜を電子捕集層に用いた有機薄膜太陽電池の光電変換特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 西部敬太,上坂正吾,桑原貴之,山口孝浩,高橋光信
  • 学会等名: 電気化学会第77回大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] Improvement of formation process of organic active layer in inverted type polymer solar cells using amorphous titanium oxide as electron collection layer (2009)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Kuwabara^*, Takahiro Yamaguchi, Kohshin Takahashi
  • 学会等名: 11th Pacific Polymer Conference
  • 発表場所: Cairns Convention Centre(オーストラリア, ケアンズ)
  • 年月日: 2009-12-08
• [学会発表] Improvement of formation process of organic active layer in inverted type polymer solar cells using amorphous titanium oxide as electron collection layer (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 学会等名: 11th Pacific Polymer Conference(PPC-11)
  • 発表場所: Cairns Convention Center(Australia)
  • 年月日: 2009-12-07
• [図書] 積層界面のキャラクタリゼーション,「有機半導体デバイス-基礎から最先端材料・デバイスまで」 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋光信,桑原貴之
  • 出版者: 株式会社オーム社
• [図書] 有機半導体デバイス-基礎から最先端材料・デバイスまで-、第5章4節執筆p.315-321 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高橋光信、桑原貴之
  • 総ページ数: 538
  • 出版者: 株式会社オーム社
• [産業財産権] ホールブロック層の製造方法、ホールブロック層、光電変換素子、有機薄膜太陽電池パネル、および発光装置 (2011)
  • 発明者名: 桑原貴之,才田守彦,表研次,高橋光信
  • 権利者名: 金沢大学,株式会社イデアルスター
  • 産業財産権番号: 2011-190743
  • 出願年月日: 2011-09-01
• [産業財産権] ホールブロック層の製造方法、ホールブロック層、光電変換素子、有機薄膜太陽電池パネル、および発光装置 (2011)
  • 発明者名: 桑原貴之, 才田守彦, 表研次, 高橋光信
  • 権利者名: 金沢大学,株式会社イデアルスター
  • 産業財産権番号: 2011-190743
  • 出願年月日: 2011-09-01
• [産業財産権] 光電変換素子およびその製造方法、ならびにホールブロック層およびその製造方法 (2009)
  • 発明者名: 笠間泰彦,表研次,才田守彦,大泉春菜,相模寛之,高橋光信,桑原貴之
  • 権利者名: 株式会社イデアルスター,金沢大学
  • 産業財産権番号: 2009-186712
  • 出願年月日: 2009-08-11