| 研究課題/領域番号 |
23K23290
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02022 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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| 研究機関 | 小山工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
加藤 岳仁 小山工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (90590125)
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| 研究分担者 |
西井 圭 小山工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (00552928)
兼松 秀行 鈴鹿工業高等専門学校, 材料工学科, 特命教授 (10185952)
加藤 有行 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (10303190)
荒木 秀明 長岡工業高等専門学校, 物質工学科, 教授 (40342480)
パンディ シャム・スディル 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (60457455)
谷藤 尚貴 米子工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80423549)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2022年度: 13,520千円 (直接経費: 10,400千円、間接経費: 3,120千円)
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| キーワード | 光電変換 / バルクヘテロ界面 / 電荷分離 / 光電変換素子 / 有機系太陽電池 / 相分離構造 / モルフォロジー制御 / 相分離構造制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
今後、大きな変革を迎える社会において、無毒、超軽量、制約の無い形状の選択制、伸縮性を伴うフレキシビリティーを備えた塗布型の変換効率25%以上の超高効率薄膜太陽電池の創成は、そのエネルギー変換効率の向上と共に、インフラ整備、教育、医療を含む、多くの分野における新しい価値を創造し、約77億人の世界の人々の安心と安全を叶える。換言すれば、塗布・印刷プロセスの利用と低コスト材料の活用による太陽電池の製造コスト従来比90％減の実現が太陽電池の世界規模での普及を叶え、世界のエネルギー事情に明るい未来を創る。
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| 研究実績の概要 |
本研究では安価で耐久性の高い、有機無機ハイブリッド薄膜太陽電池の社会実装に向けたデバイス開発の研究に主眼を置く。次世代太陽電池の世界市場は2030年に2000億円以上（2017年比800倍）に拡大する試算が示されている（富士経済）。この背景には国内外で精力的に研究開発が進められている有機系太陽電池への世界規模での普及への期待がある。本研究は次世代有機系太陽電池の超高効率化による実用化加速を牽引するものであり、本研究は2050年カーボンニュートラル実現に向けた課題への取り組みに資する。
本研究では安価で耐久性の高い、有機無機ハイブリッド薄膜太陽電池の社会実装に向けたデバイス開発の研究に主眼を置いて研究を行う。これまで検討を行ってきた発電層モルフォロジーの評価において熱分析手法を用い、キャリアマネージメントの評価を行ってきた。この結果をもとに機能層の組成、組成比及び熱処理、乾燥条件、溶媒選定を実施し、発電層及び機能層の適正化を進めてきた。また、各種機能層の仕事関数などを評価し、界面でのインタラクションの適正化を目指し、素子における相対エネルギーバランスに配慮したレイヤー構成を行い、素子としての特性向上に資する知見を得ることに成功した。
具体的には初年度における相分離構造制御手法の構築と本系におけるファインチューニングが概ね、整い、次年度はその評価手法と既に定常的に利用している各種評価手法を複合的に利用することにより、種々の発電層内部構造と発電特性の関係性を得ることに成功している。また、相対エネルギーバランスの制御についても、測定したWFの値とキャリア注入の関係を見積もり、実際の発電特性への影響を検証することも可能となっている。
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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
本研究の当初計画通り、概ね順調に進展している、具体的には初年度における相分離構造制御手法の構築と本系におけるファインチューニングが概ね、整い、次年度はその評価手法と既に定常的に利用している各種評価手法を複合的に利用することにより、種々の発電層内部構造と発電特性の関係性を得ることに成功している。また、相対エネルギーバランスの制御についても、測定したWFの値とキャリア注入の関係を見積もり、実際の発電特性への影響を検証することも可能となっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまで検討を行ってきた発電層モルフォロジーの評価において熱分析手法を用い、キャリアマネージメントの評価を行ってきた。この結果をもとに機能層の組成、組成比及び熱処理、乾燥条件、溶媒選定を実施し、発電層及び機能層の適正化を引き続き、進めていく予定である。また、各種機能層の仕事関数などを評価し、界面でのインタラクションの適正化を目指し、素子における相対エネルギーバランスに配慮したレイヤー構成を行い、素子としての特性向上に資する知見を得ることに成功している。この結果を踏まえ、レイヤー界面における再結合防止とキャリア注入の両立を実現し得る、適切な層形成及びその製膜条件確立を目指していく。
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