配位高分子の構造・キャリア・バンドギャップ制御と薄膜太陽電池への展開

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K05513
• 研究機関: 近畿大学
• 研究代表者: 大久保 貴志 近畿大学, 理工学部, 教授 (90322677)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 配位高分子 / 有機薄膜太陽電池

研究実績の概要

有機薄膜太陽電池は環境に優しい軽くフレキシブルな太陽電池であり、ロール・ツー・ロールなどの低温印刷プロセスを利用することで安価に大量生産が可能である。そのため、将来的にはユビキタスな電源装置としての幅広い用途への活用が期待されている。しかしながら、現状ではその光電変換効率はシリコン薄膜太陽電池の半分以下であり、実用化に向けて更なるブレークスルーが必要である。本研究では有機薄膜太陽電池の高効率化を実現するために、金属錯体集合体である配位高分子を利用した新たな有機薄膜太陽電池の開発を目指した。これまで本研究で合成した導電性配位高分子が有機薄膜太陽電池のバッファ層として機能することを見いだしている。具体的には、ヘキサアザトリフェニレン誘導体を配位子とした銅(I)配位高分子をバッファ層とした有機薄膜太陽電池の作製と評価に加えて、ヘキサアザトリフェニレン誘導体を配位子とした銅(I)配位高分子薄膜の評価を行った。ここで、ヘキサアザトリフェニレン誘導体を配位子とした銅(I)配位高分子薄膜をバッファ層して利用することで、有機薄膜太陽電池の短絡電流密度が増大することを確認しているが、薄膜の構造や電子状態については明らかになっていなかった。そこで、真空蒸着によって成膜したヘキサアザトリフェニレン誘導体を配位子とした銅(I)配位高分子薄膜に関してX線光電子分光測定（XPS）やIR測定を行うことで、その構造と電子状態を明らかにするとともに、電気伝導性に関しても評価した。また、フェノチアジンを配位子とした配位高分子をバッファ層として用いることでも光電変換特性が向上することを明らかにした。バッファ層はヨウ化銅(I)とフェノチアジンをそれぞれ真空蒸着し、それをアセトニトリル蒸気に曝すことで、配位高分子を基板上で作製し、バッファ層とする方法を開発した。

研究成果

• [雑誌論文] Low Voltage-Loss Organic Solar Cells Light the Way for Efficient Semitransparent Photovoltaics (2022)
  • 著者名/発表者名: Benjamin R. Luginbuhl, Seo-Jin Ko, Niva A. Ran, Huawei Hu, Shona M. Becwar, Akchheta Karki, Martin Seifrid, Takashi Okubo, Ming Wang, Harald W. Ade, Bradley F. Chmelka, Guillermo C. Bazan, G. N. Manjunatha Reddy, and Thuc-Quyen Nguyen
  • 雑誌名: Solar RRL 巻: 2022 ページ: 2200135
  • DOI: 10.1002/solr.202200135
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Organic Thin-film Solar Cells Using Benzotrithiophene Derivatives Bearing Acceptor Units as Non-Fullerene Acceptors (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Kouichi ; Yamashita, Kazuhiro; Sakoda, Yuuki; Ezoe, Hinata; Tanaka, Yuki; Okazaki, Tatsuya; Ohkita, Misaki; Tanaka, Senku; Aoki, Yuki; Kiriya, Daisuke; Kashimura, Shigenori; Maekawa, Masahiko; Kuroda-Sowa, Takayoshi; Okubo, Takashi
  • 雑誌名: European Journal of Organic Chemistry 巻: 33 ページ: 4620-4629
  • DOI: 10.1002/ejoc.202100178
  • 査読あり
• [学会発表] チオフェン縮環型フルオレン誘導体の発光特性とデバイスへの応用検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中川 雄太、江副 日菜多、山口 仁宏、大久保 貴志
  • 学会等名: 日本化学会第102春季年会 (2022)
• [学会発表] 発光性配位高分子の薄膜化および有機薄膜太陽電池への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中野 蒼太、西山 智貴、田中 啓裕、射場 日有人、前川 雅彦、黒田 孝義、大久保 貴志
  • 学会等名: 日本化学会第102春季年会 (2022)
• [学会発表] 有機薄膜太陽電池のn型半導体への応用を指向したベンゾチアジノフェノチアジン誘導体の合成と特製評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 本塩 駿、西山 智貴、江副 日菜多、田中 悠希、黒田 孝義、前川 雅彦、大久保 貴志
  • 学会等名: 日本化学会第102春季年会 (2022)
• [学会発表] ポルフィリン金属錯体の合成と三元系有機薄膜太陽電池への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中悠希、西山智貴、前川雅彦、黒田孝義、大久保貴志
  • 学会等名: 錯体化学会第71回討論会
• [学会発表] 金属錯体を添加剤とした有機薄膜太陽電池の作製と評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中 悠希・西山 智貴・前川 雅彦・黒田 孝義・大久保 貴志
  • 学会等名: 第11回CSJ化学フェスタ2021
• [学会発表] Crystal Structures, Physical Properties and Device Applications of Semiconducting Soft Crystals Containing Copper Halides (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okubo, Misaki Ohkita, Hinata Ezoe, Tomoki Nishiyama, Nobutaka Yoshimura, Sae Kondo, Masahiko Maekawa, Takayoshi Kuroda-Sowa, Atsushi Kobayashi, Masako Kato
  • 学会等名: The 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (Pacifichem)