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2018 年度 実施状況報告書

有機薄膜太陽電池による室内光エネルギーハーベスティングのための基盤技術創出

研究課題

研究課題/領域番号 18K04241
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

多田 和也  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (90305681)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード有機薄膜太陽電池 / 導電性高分子 / 無修飾フラーレン / 非ハロゲン系溶媒 / 等価回路モデル
研究実績の概要

本研究は,研究代表者が見出した非ハロゲン系溶媒である1,2,4-トリメチルベンゼンを用いることで実現されるπ共役ポリマー:無修飾フラーレン複合体を発電層とする有機薄膜太陽電池を中心として,有機太陽電池を室内光エネルギー・ハーベスティング素子として活用する際の基盤技術を構築することを目的としている。
本年度は,特に太陽電池の1ダイオード等価回路モデルにおける回路素子パラメータ抽出に関する研究に成果があった。すなわち,有機材料などの新規材料を用いた太陽電池研究ではしばしば,素子開放時と素子短絡時におけるI-V曲線の傾斜の逆数dV/dIを直列抵抗Rsや並列抵抗Rpとして表示する簡易的な方法を用いる慣習があるが,このような値が実際の回路パラメータである直列抵抗Rsや並列抵抗Rpとどのように異なるかについて,LambertのW関数を用いた表式により検討を行った。
具体的には,すでに知られているdV/dIの表式は,実際に表計算ソフトなどで計算する場合にオーバーフローしやすいという問題があることを明らかとした。これを回避するべく,新たに導いた式を用いた。数値例から,素子開放時と素子短絡時の電流-電圧特性曲線の傾きの逆数(dV/dI)と,等価回路における直列および並列抵抗の間には無視できない誤差があることと,特に素子開放時のdV/dIの変化は単純に抵抗成分に帰することができない可能性があることを指摘した。
すなわち,上記の簡易的な方法では等価回路における直列および並列抵抗を決めることはできず,曲線フィッティングなどにより決定する必要があることを示した。
有機太陽電池を室内光エネルギー・ハーベスティング素子として電子回路に組み込む際には,広い範囲の照射光強度において等価回路パラメータがどのように変化するのかを正確に知る必要がある。このような目的のために,本研究成果は役立つと考えられる。

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

太陽電池の1ダイオード等価回路モデルにおける回路素子パラメータ抽出に関する研究を行ったが,これは有機太陽電池を室内光エネルギー・ハーベスティング素子として活用する際の基盤技術の構築に資する研究結果であり,論文発表を行えたため。

今後の研究の推進方策

今後はた非ハロゲン系溶媒である1,2,4-トリメチルベンゼンを用いることで実現されるπ共役ポリマー:無修飾フラーレン複合体を発電層とする有機薄膜太陽電池の室内高エネルギー・ハーベスティング応用に関する実験的研究を展開していきたいと考えている。

次年度使用額が生じた理由

本年度は主に太陽電池の等価回路モデルに関する理論的研究に注力したため,実験装置や高価な試薬の購入を控えた。また,国際会議などへの発表に際しては別予算での補助があったため,旅費も抑えられた。次年度は実験的研究を積極的に行うとともに国際会議などにおける研究発表も行うために有効に活用する予定である。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Calculation of Error in Series/Shunt Resistance Estimated from Current-Voltage Slope Using Exact Analytical Expressions with Roberts g-Function2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Tada
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering

      巻: 14 ページ: 333-334

    • DOI

      10.1002/tee.22813

    • 査読あり
  • [雑誌論文] What Do Apparent Series and Shunt Resistances in Solar Cell Estimated by I-V Slope Mean?: Study with Exact Analytical Expressions2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Tada
    • 雑誌名

      Physica Status Solidi A

      巻: 215 ページ: 1800448

    • DOI

      10.1002/pssa.201800448

    • 査読あり
  • [学会発表] 無修飾フラーレンを用いた塗布型有機薄膜太陽電池の開発2019

    • 著者名/発表者名
      多田和也
    • 学会等名
      第318回電気材料技術懇談会
  • [学会発表] Relationship between series resistance in solar cell estimated from current-voltage slope at open-circuit condition and that in equivalent circuit2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Tada
    • 学会等名
      10th International Symposium on Organic Molecular Electronics (ISOME 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Polymer Solar Cell Using Unmodified Fullerene Prepared with Non-halogenated Solvent2018

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Tada
    • 学会等名
      India-Japan Workshop on ‘Biomolecular Electronics & Organic Nanotechnology for Environment Preservation’ (IJWBME 2018)
    • 招待講演
  • [学会発表] 無修飾フラーレンを用いた有機薄膜太陽電池の作製とその特性2018

    • 著者名/発表者名
      多田和也
    • 学会等名
      有機EL討論会 第27回例会
    • 招待講演
  • [学会発表] 短絡及び開放時のI-Vスロープから求めた太陽電池の直/並列抵抗における誤差の計算2018

    • 著者名/発表者名
      多田和也
    • 学会等名
      電子情報通信学会有機エレクトロニクス研究会
  • [学会発表] LEDを用いた簡易型分光感度特性測定装置の改良2018

    • 著者名/発表者名
      荒川巧,多田和也
    • 学会等名
      平成30年電気関係学会関西連合大会

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公開日: 2019-12-27  

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