光合成の原理と材料を用いた新型色素増感バルクヘテロジャンクション太陽電池の開発

• 研究課題/領域番号: 23686138
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 桐蔭横浜大学 (2014); 山形大学 (2011-2013)
• 研究代表者: XIAO・FENG Wang (XIAO-FENG Wang / XIAO‐FENG Wang) 桐蔭横浜大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (40434899)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2014年度)
• 配分額: 18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2013年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2012年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2011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: クロロフィル誘導体 / ペロブスカイト太陽電池 / 色素増感太陽電池 / ボルフリン / 色素 / 真空蒸着 / インドリン色素 / 両極性分子 / 有機薄膜太陽電池 / 高効率 / カロテノイド / 界面電荷移動 / ポルフリン

研究実績の概要

光合成色素を色素増感太陽電池及びペロブスカイト型太陽電池のホール輸送剤として適用できることを証明した。光合成色素であるクロロフィル誘導体は中心金属及びアルキル基を交換することにより、電子移動度が大幅に変わることが分かった。特に亜鉛クロロフィル誘導体は-5.0 eVのHOMOを持ち、高いホール移動度を持つことが分かった。この亜鉛クロロフィルをホール輸送剤に用い、多種類の色素増感太陽電池を作製した。エネルギー変換効率は低いが、太陽電池としての光電変換の性能を示しており、亜鉛クロロフィルから増感色素への電子移動が起こることを確認できた。更に、同じ亜鉛クロロフィルをペロブスカイト型太陽電池のホール輸送剤にも使用した。この太陽電池によって４％以上の光電変換効率を達成した。これは世界で初めてクロロフィルをペロブスカイト型太陽電池に利用する凡例になった。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Fullerene C70 as a p-type donor in organic photovoltaic cells (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Zhuang, X-F. Wang, T. Sano, Z. Hong, G. Li, Y. Yang, J. Kido
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 105 号: 9 ページ: 093301-093304
  • DOI: 10.1063/1.4894637
  • 査読あり
• [雑誌論文] Esterification of Indoline-Based Small Molecule Donors for Efficient Co-Evaporated Organic Photovoltaics (2014)
  • 著者名/発表者名: Z. Wang, X-F. Wang, D. Yokoyama, H. Sasabe, J. Kido, Z. Liu, W. Tian, O. Kitao, I. Toshitaka, S. Sasaki
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 118 号: 27 ページ: 14785-14794
  • DOI: 10.1021/jp5030608
  • 査読あり
• [雑誌論文] J-aggregation of a squaraine dye and its application in organic photovoltaic cells (2013)
  • 著者名/発表者名: G. Chen, H. Sasabe, W. Lu, X-F. Wang, J. Kido, Z. Hong, Y. Yang
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C 巻: 1 ページ: 6547-6552
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution-processed organic photovoltaics based on indoline dye molecules developed in dye-sensitized solar cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Z. Liu, H. Ojima, Z. Hong, J. Kido, W. Tian, X-F. Wang*
  • 雑誌名: Molecules 巻: 18 ページ: 3107-3117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chloroboron (III) subnaphthalocyanine as an electron donor in bulk heterojunction photovoltaic cells (2013)
  • 著者名/発表者名: G. Chen, H. Sasabe, T. Sano, X-F. Wang, Z. Hong, Y. Yang, J. Kido
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 24 ページ: 484007-484016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Indoline-based donor molecule for efficient co-evaporated organic photovoltaics (2013)
  • 著者名/発表者名: Z. Liu, X-F. Wang*, Z. Wang, H. Ojima, Z. Hong, W. Tian, J. Kido
  • 雑誌名: Org. Electron. 巻: 14 ページ: 2210-2215
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dicyano-functionalized chlorophyll derivatives with ambipolar characteristic for organic photovoltaics (2013)
  • 著者名/発表者名: Y-W. Wang, S. Sasaki, T. Zhuang, H. Tamiaki, J-P. Zhang, I. Toshitaka, Z. Hong, J. Kido, O. Kitao, X-F. Wang*
  • 雑誌名: Org. Electron. 巻: 14 ページ: 1972-1979
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular engineering on a chlorophyll derivative, chlorin e6, for significantly improved power conversion efficiency in dye-sensitized solar cells (2013)
  • 著者名/発表者名: X-F. Wang*, H. Tamiaki, O. Kitao, I. Toshitaka, S. Sasaki
  • 雑誌名: J. Power Sources 巻: 242 ページ: 860-864
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fullerene derivatives as electron donor for organic photovoltaic cells (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Zhuang, X-F. Wang*, T. Sano, Z. Hong, Y. Yang, J. Kido
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 103 ページ: 203301-203304
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of fullerene multiadducts on the morphology and charge photogeneration of their photovoltaic blends with poly(3-hyxylthiophene) (2013)
  • 著者名/発表者名: Y-W. Wang, W. Zhang, X-C. Ai, J-P. Zhang, X-F. Wang, J. Kido
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 ページ: 25898-25907
  • 査読あり
• [雑誌論文] Natural photosynthetic carotenoids for solution-processed organic bulk-heterojunction solar cells (2013)
  • 著者名/発表者名: 8. X-F. Wang*, L. Wang, Z. Wang, Y-W. Wang, N. Tamai, Z. Hong, J. Kido,
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 ページ: 804-811
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly efficient organic p-i-n photovoltaic cells based tetraphenyl- dibenzoperiflanthene and fullerene C70 (2013)
  • 著者名/発表者名: 9. Z. Wang, D. Yokoyama, X-F. Wang, Z. Hong, Y. Yang, J. Kido
  • 雑誌名: Energy Environ. Sci. 巻: 6 ページ: 249-255
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution-processed organic photovoltaic cells based on a squaraine dye (2012)
  • 著者名/発表者名: G. Chen, H. Sasabe, Z. Wang, X-F. Wang, Z. Hong, J. Kido, Y. Yang
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 14 ページ: 14661-14666
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of solar cells based on synthetic near-infrared absorbing purpurins 2: use of fullerene and its derivative as electron acceptors for favorable charge separation (2012)
  • 著者名/発表者名: Y-W. Wang, X-F. Wang*, J-P. Zhang, Z. Hong, J. Kido, O. Kitao, I. Toshitaka, H. Tamiaki, S. Sasaki,
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 116 ページ: 21244-21254
  • 査読あり
• [雑誌論文] Natural chlorophyll-related porphyrins and chlorins for dye-sensitized solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: X-F. Wang*, O. Kitao
  • 雑誌名: Molecules 巻: 17 ページ: 4484-4497
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co-evaporated bulk heterojunction solar cells with >6.0% efficiency insensitive to thickness and blend-ratio (2012)
  • 著者名/発表者名: G. Chen, H. Sasabe, Z. Wang, X-F. Wang, Z. Hong, Y. Yang, J. Kido
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 24 ページ: 2768-2773
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co-evaporated bulk heterojunction solar cells with >6.0% efficiency (2012)
  • 著者名/発表者名: G.Chen, H.Sasabe, Z.Wang, X-F.Wang, Z.Hong, Y.Yang, J.Kido
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 24 号: 20 ページ: 2768-2773
  • DOI: 10.1002/adma.201200234
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Solar Cells Based on Synthetic Near-Infrared Absorbing Purpurins : Observation of Multiple Electron Injection Pathways at Cyclic Tetrapyrrole. Semiconductor Interface (2011)
  • 著者名/発表者名: Xiao-Feng Wang, Li Wang, Naoto Tamai, Osamu Kitao, Hitoshi Tamiaki, Shin-ichi Sasaki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem 巻: 115 号: 49 ページ: 24394-24402
  • DOI: 10.1021/jp206206x
  • 査読あり
• [学会発表] 導電性高分子／フラーレン電荷輸送層を用いるペロブスカイト太陽電池 (2014)
  • 著者名/発表者名: X-F. Wang, Trutomu Miyasaka
  • 学会等名: 電気化学会秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] Cross the Border: From Highly Efficient Dye-Sensitized Solar Cells to Highly Efficient Organic Photovoltaics (2013)
  • 著者名/発表者名: X-F. Wang
  • 学会等名: EMN East Meeting: Energy Materials Nanotechnology
  • 発表場所: Xijiao hotel, Beijing, China
  • 招待講演
• [学会発表] Co-Evaporated Organic Solar Cells Based on Indoline Dye and Fullerene (2013)
  • 著者名/発表者名: X-F. Wang
  • 学会等名: Solar Energy for World Peace
  • 発表場所: Convention center, Istanbul, Turkey
• [学会発表] Efficient organic photovoltaics based on DSSC dye donor materials (2013)
  • 著者名/発表者名: X-F. Wang
  • 学会等名: IUPAC 2013: 44th World Chemistry Congress
  • 発表場所: Convention center, Istanbul, Turkey
• [学会発表] Transient Absorption Studies of Novel Fullerene Derivatives Based Polymer Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: X-F. Wang
  • 学会等名: DSC-OPV 7
  • 発表場所: Taiwan University, Taipei, Taiwan
• [学会発表] Alkylation of Chlorin e6 for Higher Efficiency Dye-Sensitized Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: X-F. Wang, S. Sasaki, H. Tamiaki
  • 学会等名: PRiME 2012
  • 発表場所: Hilton village, Honolulu, Hawaii, USA
• [学会発表] Cyclic tetrapyrrole based purpurins for dye-sensitized and organic solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: X-F. Wang, Y. Wang, S. Sasaki, H. Tamiaki
  • 学会等名: IPS-19
  • 発表場所: California Institute of Technology, Pasadena, LA, USA
• [学会発表] Purpurin aggregate for dye-sensitized solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: X-F.Wang, L.Wang, N.Tamai, S.Sasaki, O.Kitao, H.Tamiaki
  • 学会等名: DSC-OPV 6
  • 発表場所: 大分 別府国際コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-10-17
• [学会発表] High efficiency inverted organic solar cells based on electrodeposited ZnO cathode (2011)
  • 著者名/発表者名: X-F.Wang, H.Ojima, et al.
  • 学会等名: The 7^<th> national and global Chinese conference of organic molecules & polymer light-emitting and their opto-electronic properties
  • 発表場所: Zhangjiajie(中国)(招待講演)
  • 年月日: 2011-10-11
• [学会発表] Electron injection mechanism in purpurin based dye sensitized solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: X-F.Wang, Z.Hong, J.Kido
  • 学会等名: 日本電気化学会
  • 発表場所: 新潟 朱鷺メッセ
  • 年月日: 2011-09-11
• [学会発表] Chlorophylls derivatives for organic solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: X-F.Wang
  • 学会等名: XXV international conference on photochemistry
  • 発表場所: Beijing(中国)
  • 年月日: 2011-08-07
• [図書] High-Efficiency Solar Cells - Physics, Materials and Devices (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Zhuang, Y. Wang and X-F. Wang*
  • 総ページ数: 36
  • 出版者: Springer
• [産業財産権] 有機薄膜太陽電池 (2011)
  • 発明者名: 王暁峰、佐々木真一、城戸淳二
  • 権利者名: 王暁峰、佐々木真一、城戸淳二
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2011-07-11
  • 取得年月日: 2013-04-30
• [産業財産権] 有機薄膜太陽電池 (2011)
  • 発明者名: 王暁峰、城戸淳二
  • 権利者名: 王暁峰、城戸淳二
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2011-12-19
  • 取得年月日: 2013-06-27
• [産業財産権] 有機薄膜太陽電池 (2011)
  • 発明者名: 王暁峰、佐々木真一、城戸淳二
  • 権利者名: 山形大学
  • 出願年月日: 2011-07-11
• [産業財産権] 有機薄膜太陽電池 (2011)
  • 発明者名: 王暁峰、城戸淳二
  • 権利者名: 山形大学
  • 出願年月日: 2011-12-19