超キャリアパフォーマンスを実現する塗布型3成分バルクヘテロ薄膜太陽電池の創製

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02662
• 研究機関: 小山工業高等専門学校
• 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)
• 研究分担者: 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)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: キャリアマネージメント / 有機系太陽電池 / 薄膜太陽電池 / 電荷再結合 / 相分離構造制御

研究実績の概要

有機無機ハイブリッド薄膜太陽電池における数百nmの極薄膜から成る発電層及び機能層は光吸収、励起子生成と輸送、電荷分離、電荷輸送を一括して担う、有機無機ハイブリッド発電層の相分離構造に着眼し、発電層内で発現する発電特性を低下させる大きな要因と言える電荷再結合の軽減を目指し、高効率化に資する革新的電荷マネージメントの実現視野に入れ研究を推進。
バルクヘテロ構造の発電層を有する有機無機薄膜太陽電池において、ヘテロ界面での電荷再結合割合の定量的評価手法を検証した。具体的にはPL測定による蛍光消光率と発電電流及び熱分析により検証を実施。蛍光強度は電荷分離前の励起子の量に比例し、消光は励起子の失活と電荷分離により発現する。即ち、発電層の内部モルフォロージーがナノ構造レベルで類似していれば、見かけの電荷分離界面の量はほぼ同等であるため、バルクヘテロ界面における再結合防止層の有無に関わらず、蛍光消光率は概ね近い値を示す。具体的に再結合防止効果が期待できる化合物の添加を行い、相分離構造の検証と発生する光電流や限界電流を対比させ、再結合により損失している割合を調査。蛍光消光率と発電電流及び熱分析により発電層中の相分離構造検証を行い、ヘテロ界面での電荷再結合割合の定量的評価手法の確立にアプローチしてきた。
再結合防止効果、効率的なキャリア捕獲を実現する電荷捕獲アシスト層の導入、発電層及び機能層界面の制御により、高精度な電荷マネージメントの実現の一端が示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Controlling the electrocatalytic activities of conducting polymer thin films toward suitability as cost-effective counter electrodes of dye-sensitized solar cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurokawa Yuki、Kato Takehito、Pandey Shyam S.
  • 雑誌名: Synthetic Metals 巻: 296 ページ: 117362～117362
  • DOI: 10.1016/j.synthmet.2023.117362
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Analyses of Biofilm by Using Crystal Violet Staining and Optical Reflection (2022)
  • 著者名/発表者名: Kamimura Ryuto、Kanematsu Hideyuki、Ogawa Akiko、Kogo Takeshi、Miura Hidekazu、Kawai Risa、Hirai Nobumitsu、Kato Takehito、Yoshitake Michiko、Barry Dana M.
  • 雑誌名: Materials 巻: 15 ページ: 6727～6727
  • DOI: 10.3390/ma15196727
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of Biofilm Formation on Material Surfaces by Ag+ Coating (2022)
  • 著者名/発表者名: Kogo Takeshi、Sugi Kazufumi、Kanematsu Hideyuki、Kai Hotaka、Ogawa Akiko、Hirai Nobumitsu、Takahashi Toshiyuki、Kato Takehito
  • 雑誌名: Coatings 巻: 12 ページ: 1031～1031
  • DOI: 10.3390/coatings12071031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proposal for Some Affordable Laboratory Biofilm Reactors and Their Critical Evaluations from Practical Viewpoints (2022)
  • 著者名/発表者名: Kudara Hikonaru、Kanematsu Hideyuki、Barry Dana M.、Ogawa Akiko、Kogo Takeshi、Miura Hidekazu、Kawai Risa、Hirai Nobumitsu、Kato Takehito、Yoshitake Michiko
  • 雑誌名: Materials 巻: 15 ページ: 4691～4691
  • DOI: 10.3390/ma15134691
• [雑誌論文] Biofilms formed on metallic materials by <i>E. coli</i> and <i>S. epidermidis</i> and their evaluation by crystal violet staining and its reflection (2022)
  • 著者名/発表者名: Takayanagi M.、Kanematsu H.、Miura H.、Kogo T.、Kawai R.、Ogawa A.、Hirai N.、Kato T.、Yoshitake M.、Tanaka T.、Barry D. M.
  • 雑誌名: Transactions of the IMF 巻: 100 ページ: 200～207
  • DOI: 10.1080/00202967.2022.2066830
• [学会発表] Investigation of lumped coating of multiple layers for organic thin-film solar cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurokawa , T. Kato , S.S. Pandey
  • 学会等名: KRIS2023
  • 国際学会
• [学会発表] Morphology Control of Organic-Inorganic Hybrid Materials for Thin Film Bulk-Heterojunction Solar Cell based on Metal-alkoxide (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Iwakami , N. Hatsugai , T. Kato , Y. Ueda , K. Nishii , K. Tokumaru , K. Ogata , H. Kanematsu , Y. Asai , T. Fukumoto
  • 学会等名: KRIS2023
  • 国際学会
• [学会発表] 有機無機ハイブリッド太陽電池に関する研究 ～TiOx-ZnO複合電子アクセプターの利用～ (2023)
  • 著者名/発表者名: 初谷直春 , 加藤岳仁 , 西井圭 , 植田泰之 , 今泉文伸 , 浅井靖史 , 福本正
  • 学会等名: 2022年日本機械学会関東支部栃木ブロック研究交流会術講演会
• [学会発表] 色素増感太陽電池用の電解重合高分子対極の最適化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 黒川 侑暉 , 加藤 岳仁 , パンディ シャム スディル
  • 学会等名: 2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] ビス（ベンゾイミダゾール）配位ニッケルジクロリド錯体触媒系によ共役ジエン類の重合 (2023)
  • 著者名/発表者名: 塚原 翔 , 植田 泰之 , 加藤 岳仁 , 戸田 智之 , 太田 俊 , 西井 圭
  • 学会等名: 日本化学会第103春季年会
• [備考] 加藤岳仁研究室
  • URL: https://www.oyama-ct.ac.jp/M/kato/index.html
• [備考] NPO法人エナジーエデュケーション
  • URL: https://npoenergyeducation.wixsite.com/home