C60誘導体アクセプターの配列制御を基軸とした逆型有機薄膜太陽電池の高効率化

• 研究課題/領域番号: 25708029
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: エネルギー関連化学
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 桑原 貴之 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (80464048)
• 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: 22,620千円 (直接経費: 17,400千円、間接経費: 5,220千円); 2015年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2014年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2013年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)
• キーワード: 有機薄膜太陽電池 / 電子アクセプター / 電子捕集層 / 界面制御 / 長寿命化 / 高効率化 / 大気中作製

研究成果の概要

本研究は、大気中塗布による作製が可能な逆型構造を用いて、高効率かつ発電効率を有する有機薄膜太陽電池の開発を目的としている。より高い電圧が期待できる56pi系フラーレンアクセプターに着目して「発電層のモロフォロジー設計」、「電子捕集材料と有機発電層界面の制御」および「ドナー・アクセプター材料の検討」を実施し、デバイス作製の観点から、高効率・長寿命素子の基礎知見を見出することを目指した。

研究成果

• [雑誌論文] Flexible inverted polymer solar cells fabricated in air at low temperatures (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, X. Wang, T. Kusumi, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: in press
  • NAID: 210000146953
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of Thieno[3,4-b]thiophene-Based Donor Molecules with Phenyl Ester Pendants for Organic Solar Cells: Control of Photovoltaic Properties via Single Substituent Replacement (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Wada, Y. Asada, T. Ikai, K. Maeda, T. Kuwabara, K. Takahashi, S. Kanoh
  • 雑誌名: ChemistrySelect 巻: 4 号: 4 ページ: 703-709
  • DOI: 10.1002/slct.201600205
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Observation of UV-Induced Accumulated Charges in Inverted-type Polymer Solar Cells with TiOx Layer by Electron Spin Resonance (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Son, K. Yano, T. Kuwabara, K. Takahashi, K. Marumoto
  • 雑誌名: Mol. Cryst. Liquid Cryst. 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Factors affecting the photovoltaic behavior of inverted polymer solar cells using various indium tin oxide electrodes modified by amines with simple chemical structures (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kusumi, T. Kuwabara, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 591A ページ: 49-54
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2015.08.025
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Insertion effects of interlayers for efficient polymer-based organic solar cells (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Taima, J. Tanaka, T. Kuwabara, K. Takahashi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 54 号: 8S1 ページ: 08KF05-08KF05
  • DOI: 10.7567/jjap.54.08kf05
  • NAID: 210000145612
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of 4-fluorophenyl pendants in thieno[3,4-b]thiophene-benzo-[1,2-b:4,5-b']dithiophene-based polymers on the performance of photovoltaics (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yamamoto, T. Ikai, S. Katori, T. Kuwabara, K, Maeda, T. Koganezawa, K. Takahashi, S. Kanoh
  • 雑誌名: J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 巻: in press 号: 13 ページ: 1586-1593
  • DOI: 10.1002/pola.27589
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thieno[3,4-b]thiophene-benzo-[1,2-b:4,5-b']dithiophene-based polymers bearing optically pure 2-ethylhexyl pendants: synthesis and application in polymer solar cells (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ikai, R. Kojima, S. Katori, T. Yamamoto, T. Kuwabara, K, Maeda, K. Takahashi, S. Kanoh
  • 雑誌名: Polymer 巻: 56 ページ: 171-177
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2014.11.033
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] (2)Electrocatalytic activity of electrodeposited cobalt oxide films to produce oxygen gas from water (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, B. Nishizawa, K. Nakamura, Y. Ikeda, T. Yamaguchi, K. Takahashi
  • 雑誌名: J. Electroanal. Chem. 巻: 740 ページ: 14-20
  • DOI: 10.1016/j.jelechem.2014.11.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Factors Affecting the Performance of Bifacial Inverted Polymer Solar Cells with a Thick Photoactive Layer (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Kuwabara, Yoshihiro Omura, Takahiro Yamaguchi, Tetsuya Taima, Kohshin Takahashi, Koichi Higashimine, Varun Vohra and Hideyuki Murata
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 118 号: 8 ページ: 4050-4055
  • DOI: 10.1021/jp5002836
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of bifacial inverted polymer solar cells using a conduc-tivity-controlled transparent poly(3,4-ethylenedioxylenethiophene):poly(4-styrene sulfonic acid) and a striped Au electrode on the hole collection side (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Kuwabara, Shinji Katori, Kazuhiro Arima, Yoshihiro Omura, Takahiro Yamaguchi,Tetsuya Taima, Kohshin Takahashi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the solvent used to prepare the photoactive layer on the performance of inverted bulk heterojunction polymer solar cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Kuwabara, Mitsuhiro Kuzuba, Natsumi Emoto, Takahiro Yamaguchi,Tetsuya Taima, Kohshin Takahashi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53
  • NAID: 210000143391
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Small-Molecule Photo-voltaic Cells Using a Crystalline Diindenoperylene Film as a Nanostructured Template (2013)
  • 著者名/発表者名: Ying Zhou, Tetsuya Taima, Takayuki Kuwabara, Kohshin Takahashi
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 25 号: 42 ページ: 6069-6075
  • DOI: 10.1002/adma.201302167
  • 査読あり
• [学会発表] Photovoltaic Behavior of Inverted Polymer Solar Cells Using Indium Tin Oxide Electrodes Modified by Piperazine Derivatives (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kusumi, T. Kuwabara, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi
  • 学会等名: The Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Flexible Organic Photovoltaics on Polyethylene Terephthalate Substrate Prepared by Low-temperature Process (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, X. Wang, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi
  • 学会等名: The Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] 国内初「有機薄膜太陽電池の実用化」に関するシーズ開発と現状 (2015)
  • 著者名/発表者名: 桑原貴之
  • 学会等名: 第3回RSET公開シンポジウム
  • 発表場所: 香林坊プラザホール, 金沢
  • 年月日: 2015-11-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Piperazine誘導体修飾ITOを電子捕集電極として用いた逆型有機薄膜太陽電池のLight-soaking効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤森恭介, 久住拓司, 桑原貴之, 當摩哲也, 髙橋光信
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場, 名古屋
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Factors Affecting the Photovoltaic Behavior of Inverted Polymer Solar Cells Using Various Amine-modified Indium Tin Oxide Electrodes (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kusumi, T. Kuwabara, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi
  • 学会等名: EM-NANO 2015
  • 発表場所: Tokimesse, Niigata
  • 年月日: 2015-06-16
  • 国際学会
• [学会発表] Light Soaking Effect of Inverted Polymer Solar Cells Containing Chemical Bath Deposited Titanium Oxide (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, K. Yano, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi, D. Son, K. Marumoto
  • 学会等名: EM-NANO 2015
  • 発表場所: Tokimesse, Niigata
  • 年月日: 2015-06-16
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanistic Analysis of Light-soaking Effect of Inverted Polymer Solar Cells with Amine-modified ITO Electron Collection Electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kusumi, T. Kuwabara, T. Kohshin, 他2名
  • 学会等名: 2014 年 電気化学会北陸支部秋季大会・産学官フォーラム講演会 合同大会
  • 発表場所: 福井県産業会館，ユー・アイふくい
  • 年月日: 2014-10-16 – 2014-10-17
• [学会発表] Development of Flexible Inverted Polymer Solar Cells on Pet-ITO Substrate with Zinc Oxide Electron Collection Layer Prepared by Novel Low-Temperature Sol-Gel Methods (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi
  • 学会等名: EU PVSEC 2014
  • 発表場所: RAI (Amsterdam)
  • 年月日: 2014-09-22 – 2014-09-26
• [学会発表] 化学浴析出酸化チタンを用いた逆型有機薄膜太陽電池のLight-soaking効果の機構解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 桑原 貴之，矢野 勝寛，髙橋 光信，他4名
  • 学会等名: 2014年秋季 第75応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Preparation of zinc oxide film by a novel low-temperature sol-gel method and its application to an electron collection layer for flexible inverted polymer solar cells (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi
  • 学会等名: 2014 MRS Spring Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Marriott Marquis (San Francisco)
  • 年月日: 2014-04-21 – 2014-04-25
• [学会発表] Mechanistic insights into UV-induced electron transfer from PCBM to zinc oxide in inverted polymer solar cells using impedance spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara Y. Omura, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi
  • 学会等名: 2013 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston
• [学会発表] Effect of UV light irradiation on photovoltaic characteristics of in-verted polymer solar cells with var-ious zinc oxide electron collection layer (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Omura T. Kuwabara, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi
  • 学会等名: EM-nano 2013
  • 発表場所: Kanazawa
• [学会発表] Flexible inverted polymer solar cells on PET-ITO substrate with zinc ox-ide electron collection layer pre-pared by novel sol-gel method and low-temperature treatments (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kuwabara, T. Yamaguchi, T. Taima, K. Takahashi
  • 学会等名: EM-nano 2013
  • 発表場所: Kanazawa
• [学会発表] Efficient Nanostructured Organic Solar Cells Based On Crystalline Template (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Zhou, T. Taima, T. Kuwabara, K. Takahashi
  • 学会等名: EM-nano 2013
  • 発表場所: Kanazawa
• [図書] 先端有機半導体デバイス -基礎からデバイス物性まで- (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋光信，桑原貴之
  • 総ページ数: 516
  • 出版者: オーム社