変調フラックス蒸着法と放射光解析法を利用した不純物ドープ有機薄膜太陽電池開発

• 研究課題/領域番号: 25390063
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 結晶工学
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 櫻井 岳暁 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (00344870)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2013年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: 有機薄膜太陽電池 / ドーピング / バンドベンディング / 光電子分光 / 電子状態制御 / 不純物添加 / 結晶成長 / 電子状態

研究成果の概要

SubPc/C60ヘテロ構造太陽電池のドープ技術について研究開発を行った。C60についてはCaが良いドーパントであり、Ca/C60モル比0.5の添加量で伝導度が3桁向上した。一方SubPcについてはMoO3が効果的なドーパントであるものの、Caより高いドープ濃度が必要であり、かつ電気伝導度の向上が一桁程度しか見られなかった。この性質を理解するため、紫外光電子分光の計測を行ったところ、SubPc薄膜の方が膜構造の乱れに伴いTail Stateが高密度に発生することが判明した。よって、SubPc薄膜の構造物性の改善が良質な不純物ドープ太陽電池の鍵となることが明らかになった。

研究成果

• [国際共同研究] プリンストン大学(米国)
• [国際共同研究] 明志科技大学(台湾)
• [雑誌論文] Improvement of Stability for Small Molecule Organic Solar Cells by Suppressing the Trap Mediated Recombination (2015)
  • 著者名/発表者名: X Hao, S Wang, T Sakurai, S Masuda, K Akimoto
  • 雑誌名: ACS applied materials & interfaces 巻: 7 号: 33 ページ: 18379-18386
  • DOI: 10.1021/acsami.5b04334
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new anodic buffer layer material for non-mixed planar heterojunction chloroboron subphthalocyanine organic photovoltaic achieving 96% internal quantum efficiency (2015)
  • 著者名/発表者名: Chi-Feng Lin, Shun-Wei Liu, Chih-Chien Lee, Takeaki Sakurai, Masato Kubota, Wei-Cheng Su, Jia-Cing Huang, Tien-Lung Chiu, Hsieh-Cheng Han, Li-Chyong Chen, Chin-Ti Chen, Jiun-Haw Lee
  • 雑誌名: Solar Energy Materials and Solar Cells 巻: 137 ページ: 138-145
  • DOI: 10.1016/j.solmat.2015.01.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The effect of bathocuproine (BCP) buffer layer in small molecule organic solar cells with inverted structure (2015)
  • 著者名/発表者名: X Hao, S Wang, T Sakurai, K Akimoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 号: 4S ページ: 04DK06-04DK06
  • DOI: 10.7567/jjap.54.04dk06
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Novel cathode buffer layer of Ag-doped bathocuproine for small molecule organic solar cell with inverted structure (2014)
  • 著者名/発表者名: X Hao, S Wang, W Fu, T Sakurai, S Masuda, K Akimoto
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 15 号: 8 ページ: 1773-1779
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2014.04.030
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of Ag-doped bathocuproine on the recombination properties of exciton in fullerene (2013)
  • 著者名/発表者名: Shenghao Wang, Takeaki Sakurai, Keiichirou Komatsu, Katsuhiro Akimoto
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: (in press) ページ: 415-417
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2012.12.126
  • 査読あり
• [雑誌論文] Favorable electronic structure for organic solar cells induced by strong interaction at interface (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Wang, T.Sakurai, X.Hao, W.Fu, S.Masuda, and K.Akimoto
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 114 号: 18 ページ: 183707-183707
  • DOI: 10.1063/1.4829905
  • NAID: 120007130594
  • 査読あり
• [学会発表] Energy level alignment at cathode interfaces in subphthalocyanine acceptor based organic solar cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sakurai, T. Miyazawa, K. Cnops, D. Cheyns and K. Akimoto
  • 学会等名: MRS Fall Meeting & Exihibit
  • 発表場所: ボストン（米国）
  • 年月日: 2015-11-29
  • 国際学会
• [学会発表] Morphological influences on the open circuit voltage in small molecule bulk solar cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: X. Hao, S. Wang, T. Sakurai and K. Akimoto
  • 学会等名: The 8th International Symposium on Flexible Organic Electronics (ISFOE15)
  • 発表場所: テッサロニキ（ギリシャ）
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] Morphology of Active Layer: Effect on the Open Circuit Voltage of Small Molecule Bulk Solar Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: X. Hao, S. Wang, T. Sakurai and K. Akimoto
  • 学会等名: The 5th Asia-Africa Sustainable Energy Forum (5thAASEF)
  • 発表場所: 筑波大学（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-05-10
  • 国際学会
• [学会発表] Study of energy level alignment at electrode interfaces in organic solar cells (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Sakurai
  • 学会等名: Pacific Rim Symposium on Surfaces, Coatings and Interfaces (PacSurf 2014)
  • 発表場所: Hawaii, USA
  • 年月日: 2014-11-29
  • 招待講演
• [学会発表] erformance Improvement of Small Molecular Organic Solar Cells with Inverted Structure by Using an ITO Cathode Coated by Ultrathin Calcium Layer (2014)
  • 著者名/発表者名: X Hao, S Wang, T Sakurai, K Akimoto
  • 学会等名: the 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-6)
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] Analyses of hetrointerfaes in organic solar cells (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Sakurai
  • 学会等名: The 3rd Malaysia-Japan Joint Workshop on Compound Solar Cells and Systems
  • 発表場所: Kuala Lumpur, Malaysia
  • 年月日: 2014-09-22
  • 招待講演
• [学会発表] The Effect of Bathocuproine (BCP) buffer layer in boron subphthalocyanine chloride (SubPc)/fullerene (C60) Organic Solar Cells with inverted structure (2014)
  • 著者名/発表者名: X Hao, S Wang, T Sakurai, K Akimoto
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2014)
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2014-09-10
• [学会発表] Influence of buffer layers on energy-level alignment in organic thin-film solar cells (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Sakurai
  • 学会等名: SPIE Photonics Europe
  • 発表場所: Brussels, Belgium
  • 年月日: 2014-04-15
  • 招待講演
• [学会発表] Effective cathode buffer layer of Ag-doped bathocuproine for inverted structure small molecule organic solar cell
  • 著者名/発表者名: S.Wang, H.Xia, T.Sakurai, K.Akimoto
  • 学会等名: 6th International Symposium on Flexible Organic Electronics
  • 発表場所: テッサロニキ、ギリシャ
• [学会発表] Influence of buffer layers on energy-level alignment in organic thin-film solar cells
  • 著者名/発表者名: T.Sakurai, W.Fu, T.Miyazawa, S.Wang, K.Akimoto
  • 学会等名: 2014 SPIE Photonics Europe
  • 発表場所: ブリュッセル、ベルギー
  • 招待講演
• [学会発表] 有機薄膜太陽電池の電極界面物性評価
  • 著者名/発表者名: 櫻井岳暁
  • 学会等名: CREST有機太陽電池シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学、京都
  • 招待講演
• [学会発表] 有機薄膜太陽電池における 電極界面物性の評価と制御
  • 著者名/発表者名: 櫻井岳暁
  • 学会等名: 第四回金沢大学RSET公開セミナー「有機太陽電池の実用化に向けた界面化学技術の応用」
  • 発表場所: 金沢大学、石川
  • 招待講演
• [図書] 太陽光と光電変換機能―異分野融合から生まれる次世代太陽電池― 第4章4節放射光を利用した有機薄膜太陽電池の物性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 櫻井岳暁（早瀬修二監修、ほか共著者36名）
  • 総ページ数: 307
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考]
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~semicon/
• [備考]
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~semicon/