研究課題/領域番号 |
21K04825
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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研究機関 | 山形大学 |
研究代表者 |
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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研究分担者 |
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, 客員上級研究員(研究院客員教授) (60386737)
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研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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キーワード | 有機太陽電池 / 3次元ナノ構造 / 光閉じ込め / 光学シミュレーション / 太陽電池 / 光制御 / マイクロ・ナノデバイス |
研究開始時の研究の概要 |
次世代の低コスト太陽電池として有機太陽電池が注目されているが、商業化に向けて発電効率の向上が課題となっている。本研究では、ナノ加工技術を用いてデバイス内部の屈折率分布を精密に調整することで、光の流れを最適に制御する技術を開発する。この技術により、有機太陽電池に特有の薄い発電層に効率的に光を閉じ込めることで、光エネルギーの吸収を促進して発電性能を大幅に向上させることを目指す。
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研究実績の概要 |
2022年度の研究では、有機薄膜太陽電池デバイスの表面に多層反射防止膜を導入する際に、反射防止膜の各層の光学特性に加えて、発電層及び透明電極といった太陽電池本体の特性パラメータを同時に最適化する設計法について検討を行った。特性マトリクス法による光学解析を用いて、反射防止膜の特性のみを最適化した場合と、反射防止膜と太陽電池本体の特性を同時最適化した場合について、発電電流の変化を比較した。最適化プロセスでは、多重グリッド探索をグリッド間隔を変えながら繰り返すことで、探索の効率化を図った。解析の結果、透明電極の膜厚を反射防止多層膜と共に最適化することが性能を向上させる上で特に重要であり、顕著な効率向上に結び付くことが明らかとなった。さらに、サブ波長ナノ構造及び多層反射防止膜を接合したハイブリッド反射防止構造に加えて、通常より屈折率の高い高屈折率ガラス基板を使用した統合型有機太陽電池デバイスにおいて、光が斜めに入射した場合の多層反射防止膜の設計法に関する検討も行った。この研究では、入射角に対する光エネルギーの密度分布を想定して、この分布の下で発電電流の期待値を最大化する設計手法を試みた。発電効率の平均増加率を算出した結果、従来法と比較した場合の本手法の有効性を示すことができた。これらの成果は、有機薄膜太陽電池の光閉じ込め性能を様々な条件で向上させるための有用な技術的知見を数多く提供しており、本研究は順調に進展している。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画の通り、有機太陽電池の光閉じ込めに関する数多くの新しい知見が得られており、研究は順調に進展している。
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今後の研究の推進方策 |
今後の研究では、これまでに得られた成果を発展させて、斜入射を含めた光閉じ込め性能を改良するための技術に関する検討を行う。
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