共蒸着膜のｐｎ制御による15%効率有機タンデム太陽電池の開発

• 研究課題/領域番号: 25286044
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 平本 昌宏 分子科学研究所, 物質分子科学研究領域, 教授 (20208854)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2015年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2014年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2013年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
• キーワード: 有機太陽電池 / キャリアハイウェー / 超バルクヘテロ接合 / ドーピング有機単結晶 / ホール効果 / 有機半導体単結晶 / 超高速移動度 / 横取り出し / pn制御 / キャリア濃度 / ドーピング効率 / 有機半導体 / 単結晶 / エピタキシャル成長 / ドーピング / pnホモ接合 / 多数キャリア / 内蔵電界 / 少数キャリア拡散距離 / イオン化アクセプター散乱 / セル抵抗 / ｐｎ制御 / 内蔵電界設計 / 共蒸着膜 / バンドマッピング / ケルビン法 / 抵抗低減

研究成果の概要

超高速ホール、電子移動度有機半導体のキャリアハイウェー単結晶積層膜を作製した。光生成キャリアを、約１ミリメータの距離で、横方向に取り出すことに成功した。ホール・電子ハイウェーを組み合わせた、新しいタイプのタンデムセルである、超バルクヘテロ接合セルの動作を実証した。ドーピング有機単結晶の作製とホール効果測定に世界で初めて成功した。以上の成果は、高性能の有機単結晶太陽電池などの有機単結晶デバイスという新しい分野を創造するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Single crystal organic photovoltaic cells using lateral electron transport (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Kikuchi, K. Takagi, H. Naito, M. Hiramoto
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 41 ページ: 118-121
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2016.12.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hall Effect in Bulk-Doped Organic Single Crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: C. Ohashi, S. Izawa, Y. Shinmura, M. Kikuchi, S. Watase, M. Izaki, H. Naito, and M. Hiramoto
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 29 号: 23 ページ: 1605619-1605619
  • DOI: 10.1002/adma.201605619
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enhancing the photocurrent in high-photovoltage organic solar cells by doping (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kikuchi, Y. Shinmura, T. Kaji, T. Kono, Y. Yoshida, and M. Hiramoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 号: 11 ページ: 111601-111601
  • DOI: 10.7567/jjap.54.111601
  • NAID: 210000145818
  • 査読あり
• [雑誌論文] ppm-Doping Effects in the Simplest n+p-Homojunction Organic Photovoltaic Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Ohashi, Y. Shinmura, M. Kubo, and M. Hiramoto
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 27 ページ: 151-4
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2015.09.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mapping of Band-bending for Organic pn-Homojunctions (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamashina, Y. Shinmura, N. Ishiyama, T. Kaji, and M. Hiramoto
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 号: 12 ページ: 125501-125501
  • DOI: 10.1063/1.4915506
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mapping of Band-Bending for Doped C60 Films (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Shinmura, T. Yoshioka, T. Kaji, and M. Hiramoto
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 7 号: 7 ページ: 071601-071601
  • DOI: 10.7567/apex.7.071601
  • NAID: 210000137158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Y. Shinmura, Y. Yamashina, T. Kaji, and M. Hiramoto (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Shinmura, Y. Yamashina, T. Kaji, and M. Hiramoto
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tandem Organic Solar Cells Formed in Co-deposited Films by Doping (2013)
  • 著者名/発表者名: Norihiro Ishiyama, Masayuki Kubo, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: Org. Electron. 巻: 14 号: 7 ページ: 1793-1793
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2013.04.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] pn-Homojunction Organic Solar Cells Formed in the Thick Phase-separated Co-deposited Films by Doping (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kubo, T. Kaji, and M. Hiramoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 103 号: 26 ページ: 263303-14
  • DOI: 10.1063/1.4847296
  • 査読あり
• [学会発表] ドーピングしたホモエピ-ルブレン単結晶のFET移動度 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大橋知佳
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] MoO3ドーピングしたルブレン-ホモエピ単結晶におけるHall効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菊地 満
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 有機半導体におけるドーピングによるpn制御と太陽電池応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏
  • 学会等名: 日本学術振興会 情報科学用有機材料第142委員会C部会（有機光エレクトロニクス）第74回合同研究会
  • 発表場所: 東京理科大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2017-03-09
  • 招待講演
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Solar Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: 2nd World Congress on Materials Science, Polymer Engineering, MIcrotechnologies, Oil, Gas and Petrochemistry
  • 発表場所: Abu Dhabi, UAE
  • 年月日: 2016-11-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 有機半導体のpn制御と有機太陽電池への応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏
  • 学会等名: 有機エレクトロニクスデバイス・材料に関する研究討論会
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2016-09-30
  • 招待講演
• [学会発表] 高移動度有機単結晶薄膜によるミリメーターホール横取り出し光起電力セル (2016)
  • 著者名/発表者名: 菊地 満
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] 高移動度有機単結晶膜における横方向キャリア輸送を利用したD/A超格子型有機太陽電池 (2016)
  • 著者名/発表者名: 菊地 満
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Solar Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: KJF-ICOMEP 2016 (KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2016)
  • 発表場所: ACROS FUKUOKA, Fukuoka city, Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2016-09-06
  • 国際学会
• [学会発表] 有機単結晶薄膜太陽電池 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏
  • 学会等名: 第１２回有機太陽電池シンポジウム-ペロブスカイト太陽電池の研究展開と有機薄膜太陽電池のポテンシャル-
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス（京都府宇治市）
  • 年月日: 2016-07-14
  • 招待講演
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Solar Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: IUMRS-ICEM2016 (International Union of Materials research Societies - International Conference on Electronic Materials 2016)
  • 発表場所: SUNTEC Singapore Convention & Exhibition Centre, Singapore
  • 年月日: 2016-07-07
  • 国際学会
• [学会発表] 有機半導体のpn制御と有機太陽電池への応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏（招待）
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会シンポジウム「有機薄膜太陽電池の現状と今後の展望」
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] Recent Progress and Future of Organic Photovoltaic Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto (Invited)
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会シンポジウム
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Solar cells (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: 2015 MRS (Materials Research Society) Fall Meeting
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston, MA, USA
  • 年月日: 2015-12-02
  • 国際学会
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Solar Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto (Invited)
  • 学会等名: 2015 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Sapporo Convention Center, Sapporo, Japan
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Solar Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: E-MRS (Europe Materials Research Society) 2015 Spring Meeting
  • 発表場所: Lille Grand Palais, Lille, France
  • 年月日: 2015-05-12
  • 国際学会
• [学会発表] 100 ppm Doping Induced Photocurrent Enhancement in Photoactive Organic Co-deposited Layer (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Ohashi
  • 学会等名: E-MRS (Europe Materials Research Society) 2015 Spring Meeting
  • 発表場所: Lille Grand Palais, Lille, France
  • 年月日: 2015-05-11
  • 国際学会
• [学会発表] 有機共蒸着光電変換層への100 ppmドーピングによる光電流増大 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大橋知佳
  • 学会等名: 第６２回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県 平塚市）
  • 年月日: 2015-03-11
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Solar Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: JSPS-DST, Asian Academic Seminar and School 2015, “Spectroscopy, Theoretical Chemistry and Chemistry of Materials”
  • 発表場所: Kolkata, India
  • 年月日: 2015-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Solar Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: EMN (Energy Materials Nanotechnology) Meeting on Photovoltaics
  • 発表場所: Orlando, FL, USA
  • 年月日: 2015-01-13
  • 招待講演
• [学会発表] 1-10 ppm極微量ドーピングの有機太陽電池特性に与える影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 久保雅之
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス（北海道 札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] 有機半導体のドーピングイオン化率増感 (2014)
  • 著者名/発表者名: 新村祐介
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス（北海道 札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: MANA (International Center for Materials NanoArchitectonics) Symposium 2014
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 招待講演
• [学会発表] 共蒸着ドーピングにおけるイオン化率の増感 (2013)
  • 著者名/発表者名: 新村祐介
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
• [学会発表] 相分離共蒸着膜pnホモ接合セル (2013)
  • 著者名/発表者名: 久保雅之
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス（京都府京田辺市）
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Thin-Film Solar Cells” The 8th Aseanian Conference on Dye-sensitized & Organic Solar Cells
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: Global Photovoltaic Conference 2013 (GPVC 2013)
  • 発表場所: Haeundae Grand Hotel（韓国 釜山）
  • 招待講演
• [図書] 機能性色素の新規合成・実用化動向(ppmドーピングによる有機半導体のpn制御と有機太陽電池応用) (2016)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏
  • 総ページ数: 230
  • 出版者: シーエムシー出版（株）
• [図書] 有機半導体のpn制御と有機薄膜太陽電池 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏、新村祐介
  • 出版者: 日本真空学会
• [図書] 有機太陽電池のためのバンドギャップサイエンス (2013)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 応用物理
• [産業財産権] 横方向キャリア収集型有機太陽電池 (2016)
  • 発明者名: 平本、菊地、新村、廣田、阿部、貞光、内藤
  • 権利者名: 日本化薬株式会社、自然科学研究機構、大阪府立大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2016-02-29