バルクヘテロ接合型有機太陽電池におけるキャリアダイナミクスの解明

• 研究課題/領域番号: 23684021
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 小林 隆史 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10342784)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 28,210千円 (直接経費: 21,700千円、間接経費: 6,510千円); 2013年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2012年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2011年度: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円)
• キーワード: 有機薄膜太陽電池 / 光物性 / 緩和過程 / 太陽電池 / 有機デバイス / 非線形分光

研究概要

バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池におけるキャリア緩和過程を明らかにするため、実際のデバイスに適用可能な実験手法および解析手法を構築した。また合わせて有機薄膜太陽電池の高効率化を図り、最大で７％の変換効率を持つデバイスを試作し、それらの評価を行った。その結果、開放条件ではキャリアはほぼ理想的な二分子再結合過程で緩和し、短絡条件では結晶化した領域のキャリアに関してはロスなく取り出せていることが分かった。その他、最大動作点付近でのキャリアの振る舞いや、トラップキャリアに関する知見も得た。

研究成果

• [雑誌論文] Third-order optical susceptibility in polythiophene thin films prepared by spin-coating from high-boiling-point solvents (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, W. Shinke, T. Nagase, S. Murakami, H. Naito
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 554 ページ: 106-109
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2013.05.166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous-wave photoinduced absorption study on trapped carriers in bulk- heterojunction solar cells connected to load (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Terada, T. Kobayashi, E. Nakatsuka, T. Nagase, H. Naito
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 554 ページ: 209-212
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2013.08.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Third-order optical susceptibility of ordered and disordered polyfluorene thin films (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, T. Endo, T. Nagasea, S. Murakami, and H. Naito
  • 雑誌名: J. Non-Crystalline Solids 巻: 358 号: 17 ページ: 2530-2533
  • DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2011.12.107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of third-order optical susceptibility in polythiophene thin films fabricated by drop casting using anhydrous solvent (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, T. Endo, W. Shinke, T. Nagase, S. Murakami, and H. Naito
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 号: 7R ページ: 72601-72601
  • DOI: 10.1143/jjap.50.072601
  • NAID: 40018915974
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of carrier lifetime in bulk- heterojunction solar cells by continuous-wave photoinduced absorption spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, Y. Terada, T. Nagase, and H. Naito
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 号: 12 ページ: 126602-126602
  • DOI: 10.1143/apex.4.126602
  • NAID: 10030154431
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of photoluminescence properties in a thermally activated delayed fluorescence emitter
  • 著者名/発表者名: A. Niwa, T. Kobayashi, T. Nagase, K. Goushi, C. Adachi, and H. Naito
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 光誘導吸収測定による有機薄膜太陽電池の移動度評価
  • 著者名/発表者名: 小林隆史, 永瀬隆, 内藤裕義
  • 雑誌名: 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌 巻: 25 (in press)
• [雑誌論文] Third-order optical susceptibility of ordered and disordered polyfluorene thin films
  • 著者名/発表者名: T.Kobayashi, et al
  • 雑誌名: Journal of Non-Crystalline Solids 巻: (印刷中)
  • 査読あり
• [学会発表] 光誘導吸収測定を用いたPTB7:PC71BMバルクヘテロ接合太陽電池の物性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 砂原智徳, 大面隆範, 中塚英美, 林隆史, 永瀬隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学(神奈川)
  • 年月日: 2014-03-19
• [学会発表] 光誘導吸収測定を用いたPTB7:PC71BMバルクヘテロ接合太陽電池の物性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 砂原智徳, 大面隆範, 中塚英美, 小林隆史, 永瀬 隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
• [学会発表] 光誘導吸収測定によるPTB7:PC71BMバルクヘテロ接合太陽電池のキャリア寿命の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 砂原智徳, 小林隆史, 永瀬隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学(京都)
  • 年月日: 2013-09-18
• [学会発表] Photocarrier recombination kinetics in a bulk heterojunction solar cell studied by a frequency-domain measurement (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, T. Nagase, H. Naito
  • 学会等名: The 25th International Conference on Amorphous and Nano- crystalline Semiconductors
  • 発表場所: University of Toronto (Canada)
  • 年月日: 2013-08-22
• [学会発表] 光誘導吸収によるP3HT : ICBAバルクヘテロ接合太陽電池の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 寺田洋介, 中塚英美, 小林隆史, 永瀬隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(神奈川)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Photocarrier recombination kinetics in a bulk heterojunction solar cell studied by a frequency-domain measurement (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, T. Nagase, H. Naito
  • 学会等名: The 25th International Conference on Amorphous and Nano-crystalline Semiconductors
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 招待講演
• [学会発表] 光誘導吸収測定によるPTB7:PC71BMバルクヘテロ接合太陽電池のキャリア寿命の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 砂原智徳, 小林隆史, 永瀬 隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学
• [学会発表] 光誘導吸収によるP3HT:ICBAバルクヘテロ接合太陽電池の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 寺田洋介, 中塚英美, 小林隆史, 永瀬 隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
• [学会発表] Photoinduced absorption study on bulk- heterojunction solar cells connected to load resistance (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Terada, T. Kobayashi, T. Nagase, and H. Naito
  • 学会等名: The 4th Asian Conference on Organic Electronics
  • 発表場所: Yamagata University (Japan)
  • 年月日: 2012-12-20
• [学会発表] Continuous-wave photoinduced absorption study on trapped carriers in bulk heterojunction solar cells connected to load resistances (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Terada, T. Kobayashi, T. Nagase, and H. Naito
  • 学会等名: 10th International Conference on Nano- Molecular Electronics
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center (Japan)
  • 年月日: 2012-12-12
• [学会発表] 負荷を接続したバルクヘテロ接合太陽電池におけるキャリアの緩和過程 (2012)
  • 著者名/発表者名: 寺田洋介, 小林隆史, 永瀬隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学(愛媛)
  • 年月日: 2012-09-14
• [学会発表] Photocarrier recombination mechanism in a working bulk-heterojunction solar cell studied by continuous-wave photoinduced absorption spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, Y. Terada, T. Nagase, and H. Naito
  • 学会等名: The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed matter, Nanostructured and Molecular Materials
  • 発表場所: University of Groningen (Netherlands)
  • 年月日: 2012-07-05
• [学会発表] 光誘導吸収分光による二分子再結合キャリアの寿命決定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 寺田洋介, 小林隆史, 永瀬隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Photocarrier recombination mechanism in a working bulk-heterojunction solar cells studied by cw-PIA spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, T. Nagase, and H. Naito
  • 学会等名: EXCON 2012
  • 発表場所: オランダ
• [学会発表] 負荷を接続したバルクヘテロ接合太陽電池におけるキャリアの緩和過程 (2012)
  • 著者名/発表者名: 寺田洋介, 小林隆史, 永瀬 隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 徳島
• [学会発表] Continuous-wave photoinduced absorption study on trapped carriers in bulk heterojunction solar cells connected to load resistances (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Terada, T. Kobayashi, T. Nagase, and H. Naito
  • 学会等名: The 10th International Conference on Nano-Molecular Electronics
  • 発表場所: 神戸
• [学会発表] Electroabsorption study of P3HT : PCBM bulk heterojunction solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Shinke, T. Kobayashi, T. Nagase, and H. Naito
  • 学会等名: 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: Hilton Fukuoka Sea Hawk (Japan)
  • 年月日: 2011-11-28
• [学会発表] Electroabsorption study of P3HT:PCBM bulk heterojunction solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: W.Shinke, T.Kobayashi, et al
  • 学会等名: 21st International Photovoltaic Science and Engineering Conference
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2011-11-28
• [学会発表] 変調分光法による有機薄膜太陽電池におけるキャリア寿命の見積もり (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林隆史, 寺田洋介, 永瀬隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 薄膜材料デバイス研究会第8回研究集会
  • 発表場所: 龍谷大学アバンティ響都ホール(京都)
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] Determination of Carrier Lifetime in Bulk- heterojunction Solar Cells by Continuous-wave Photoinduced Absorption Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Terada, W. Shinke, T. Kobayashi, T. Nagase, H. Naito
  • 学会等名: 2011 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Aichi Industry & Labor Center (Japan)
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] Determination of Carrier Lifetime in Bulk-heterojunction Solar Cells by Continuous-wave Photoinduced Absorption Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Terada, W.Shinke, T.Kobayashi, et al
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2011)
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] Photocarrier recombination dynamics studied by continuous-wave photoinduced absorption spectroscopy in bulk heterojunction solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, Y. Terada, T. Nagase, H. Naito
  • 学会等名: The 11th European Conference on Molecular Electronics
  • 発表場所: Aduitorio Axa (Spain)
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] Photocarrier recombination dynamics studied by continuous-wave photoinduced absorption spectroscopy in bulk heterojunction solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kobayashi, et al
  • 学会等名: The 11th European Conference on Molecular Electronics
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2011-09-07
• [学会発表] P3HT : PCBMバルクへテロ接合型有機太陽電池における電場変調吸収分光 (2011)
  • 著者名/発表者名: 新家渉, 小林隆史, 永瀬隆, 内藤裕義
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学(山形)
  • 年月日: 2011-09-02
• [学会発表] Carrier dynamics in bulk heterojunction solar cells studied by modulation spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, Y. Terada, T. Nagase, H. Naito
  • 学会等名: The 24th International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors
  • 発表場所: Nara Prefecture Public New Hall (Japan)
  • 年月日: 2011-08-25
• [学会発表] Carrier dynamics in bulk heterojunction solar cells studied by modulation spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Kobayashi, et al
  • 学会等名: The 24th International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors (ICANS 24)
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2011-08-25
• [図書] "Electronic Structures of Planar and Nonplanar Polyfluorene" in "Excitonic and Photonic Processes in Materials" ed. by J.Singh and R.T. Williams (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, T. Nagase, H. Naito
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: Springer
• [図書] "Electronic Structures of Planar and Nonplanar Polyfluorene,"Ch.3 in"Excitonic and Photonic Processes in Materials"ed. by J. Singh and R.T. Williams
  • 著者名/発表者名: T. Kobayashi, T. Nagase, and H. Naito
  • 出版者: Springer (in press)