有機半導体のイレブンナイン超高純度化による10%効率有機薄膜太陽電池の開発

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21360014
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 平本 昌宏 分子科学研究所, 分子スケールナノサイエンスセンター, 教授 (20208854)
• 研究協力者: 嘉治 寿彦 分子科学研究所, 分子スケールナノサイエンスセンター, 助教 (90463794)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2012
• キーワード: 太陽電池 / 有機半導体 / 超高純度化 / pn 制御 / ドーピング / 接合形成

研究概要

有機半導体において、ドナー性、アクセプター性のドーパントを見いだし、pn 制御技術を確立した。ドーピングのみで、ショットキー接合、pn ホモ接合、p^+, n^+有機/金属オーミック接合、n^+p^+有機/有機オーミック接合などの、一連の基本的接合、および、タンデムセルを、単独、共蒸着膜中に作り込む技術を確立した。本研究によって、ドーピングのみによる全く新しい有機太陽電池のセル設計が可能になったため、効率の抜本的向上につながる。

研究成果

• [雑誌論文] Tandem Organic Solar Cells Formed in Co-deposited Films by Doping (2013)
  • 著者名/発表者名: Norihiro Ishiyama, Masayuki Kubo, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: Org. Electron. 巻: 14 ページ: 1793
  • DOI: DOI: 10.1016/j.orgel.2013.04.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuning of Barrier Parameters of n-type Schottky Junction in Photovoltaic Co-deposited Films by Doping (2013)
  • 著者名/発表者名: Norihiro Ishiyama, Tadashi Yoshioka, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 6 ページ: 012301
  • DOI: DOI: 10.7567/APEX.6.012301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Photovoltaic Characteristics by MoO_3-doping to Thick Hole Transporting Films (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Shinmura, Masayuki Kubo, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 ページ: 04CR12
  • DOI: DOI: 10.7567/JJAP.52.04CR12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Double Co-deposited Layered Organic Photovoltaic Cells with Sensitivity Through the Visible to Near-Infrared (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Yokoyama, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 ページ: 04CR06
  • DOI: DOI: 10.7567/JJAP.52.04CR06
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tandem Photovoltaic Cells Formed in Single Fullerene Films by Impurity Doping (2012)
  • 著者名/発表者名: Norihiro Ishiyama, Masayuki Kubo, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 101 ページ: 233303
  • DOI: DOI: 10.1063/1.4769455
  • 査読あり
• [雑誌論文] Invertible Organic Photovoltaic Cells with Heavily-doped Organic/Metal Ohmic Contacts (2012)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Kubo, Yusuke Shinmura, Norihiro Ishiyama, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 5 ページ: 092302
  • DOI: DOI: 10.1143/APEX.5.092302
  • 査読あり
• [雑誌論文] pn-Control and pn-Homojunction Formation of Metal-free Phthalocyanine by Doping (2012)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Shinmura, Masayuki Kubo, Norihiro Ishiyama, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 2 ページ: 032145
  • DOI: DOI: 10.1063/1.4747814
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co-evaporant Induced Crystalline Donor:Acceptor Blends in Organic Solar Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Kaji, Minlu Zhang, Satoru Nakao, Kai Iketaki, Kazuya Yokoyama, Ching W. Tang, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: Adv. Mater. 巻: 23 ページ: 3320
  • DOI: DOI: 10.1002/adma.20111305
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping-based Control of the Energetic Structure of Photovoltaic Co-deposited Films (2011)
  • 著者名/発表者名: Norihiro Ishiyama, Masayuki Kubo, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99 ページ: 133301
  • DOI: DOI: 10.1063/1.3643045
  • 査読あり
• [雑誌論文] pn-Homojunction Formation in Single Fullerene Films (2011)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Kubo, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiarmoto
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 1 ページ: 032177
  • DOI: DOI: 10.1063/1.3647994
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conduction Type Control of Fullerene Films From n- to p-Type by Molybdenum Oxide Doping (2011)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Kubo, Kai Iketaki, Toshihiko Kaji, and Masahiro Hiramoto
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 98 ページ: 073311
  • DOI: DOI: 10.1063/1.3556312
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near Infrared Light Driven Organic p-i-n Solar Cells Incorporating Phthalocyanine J-aggregate (2011)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Hiramoto, Keitaro Kitada, Kai Iketaki, Toshihiko Kaji
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 98 ページ: 023302
  • DOI: DOI: 10.1063/1.3534804
  • 査読あり
• [学会発表] 共蒸着膜におけるドーピング技術と相分離/結晶化技術の結合 (2013)
  • 著者名/発表者名: 久保雅之、嘉治寿彦、平本昌宏
  • 学会等名: 分子研/CREST-JST、第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 20130327-30
• [学会発表] Photovoltaic Energy Development-Bandgap Science for Organic Thin-film Solar Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Hiramoto
  • 学会等名: Chimie Paristech - IMS 3nd Joint Symposium: "Frontier in Molecular Science based on Photo and Material"
  • 発表場所: IMS, Okazaki. Japan.
  • 年月日: 20130212-13
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Thin-Film Solar Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: 7th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics, M&BE7
  • 発表場所: Fukuoka International Congress Center, Fukuoka
  • 年月日: 2013-03-18
• [学会発表] Bandgap Science for Organic Thin-Film Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Hiramoto
  • 学会等名: International Workshop on Flexible & Printable Electronics (IWFPE) 2012
  • 発表場所: Muju Resort, Jeollabuk-do, Korea
  • 年月日: 20121114-16
• [学会発表] Recent Progress on Organic Thin-Film Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Hiramoto
  • 学会等名: AM-FPD 12 [The 19th International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices - TFT Technologies and FPD Materials -]
  • 発表場所: Ryukoku Univ. Avanti Kyoto Hall, Kyoto, Japan.
  • 年月日: 20120704-06
• [学会発表] 共蒸発分子誘起結晶化による有機薄膜太陽電池の短絡電流向上 (2012)
  • 著者名/発表者名: 嘉治寿彦、Minlu Zhang、中尾 聡、池滝何以、横山和也、Ching Tang、平本昌宏
  • 学会等名: 応用物理学会第59回春季年会15a-F10-1
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 20120315-18
• [学会発表] Photovoltaic Energy Development -Organic Thin-film Solar Cells- (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hiramoto
  • 学会等名: Chimie Paristech - IMS 2nd Joint Symposium: "Frontier in Molecular Science based on Photo and Material"
  • 発表場所: Chemie Paristech, Paris, France.
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] Co-evaporant induced crystallization of donor:acceptor blends in organic solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kaji
  • 学会等名: BIT's 1st Annual World Congress of Nano-S&T
  • 発表場所: 大連、中国
  • 年月日: 2011-10-04
• [学会発表] 実用化・市場投入ステージに入った有機薄膜太陽電池 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏
  • 学会等名: 2011 年秋季第72回応用物理学会、特定テーマ「有機太陽電池」(有機分子・バイオエレクトロニクス分科内総合講演)、1p-L-1
  • 発表場所: 山形大学小白川キャンパス
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] 有機太陽電池のためのバンドギャップサイエンス (2011)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏、嘉治寿彦
  • 学会等名: 2011 年秋季第72回応用物理学会シンポジウム「太陽電池技術の最新の動向」、29p-M-6
  • 発表場所: 山形大学 小白川キャンパス
  • 年月日: 2011-08-29
• [学会発表] Nanostructure of the Codeposited i-Layer of ZnPc:C60 p-i-n Solar Cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Kai Iketaki, Toshihiko Kaji, Satoru Nakao, Masahiro Hirmaoto
  • 学会等名: MRS Conference
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20091201-04
• [学会発表] Atmospheric Effect on the Photovoltaic Properties of Very High Purity Organic Solar Cells (2009)
  • 著者名/発表者名: Toshihiko Kaji, Kai Iketaki, Masahiro Hirmaoto
  • 学会等名: MRS Conference
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20091201-04
• [学会発表] Organic p-i-n Solar Cells Incorporating Seven-Nine Fullerene (2009)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Hiramoto
  • 学会等名: 2nd Global COE International Symposium Electronic Devices Innovation, EDIS2009, " Global Workshop on Organic Thin-Film Solar Cell"
  • 発表場所: Osaka Japan
  • 年月日: 2009-12-07
• [図書] 有機太陽電池のためのバンドギャップサイエンス、第82 巻6号 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏
  • 総ページ数: 480-486
  • 出版者: 応用物理
• [図書] 炭素物質を共蒸着層に用いる太陽電池の特性、「炭素学-基礎物性から応用展開まで」第14章5.2節 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏
  • 総ページ数: 460-470
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 太陽電池の基礎と応用(日本学術振興会-次世代の太陽光発電システム 第175委員会監修、小長井 誠、山口真史、近藤道雄 編著)、第8.4 章 低分子有機薄膜太陽電池の研究開発の現状と今後の動向 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平本昌宏
  • 総ページ数: 304-311
  • 出版者: 培風館
• [備考]
  • URL: http://groups.ims.ac.jp/organization/hiramoto_g/
• [備考] 報道関連日経産業新聞、2013年5月22日、同一材料で異なる性質、有機太陽電池低コスト化技術(分子研)
• [備考] 報道関連科学新聞「有機半導体でp型、n型を自在制御分子研が太陽電池試作」2012/9/21
• [備考] 報道関連中日新聞「「塗る太陽電池」夢近づく-岡崎・分子研、実用化技術を開発-有機物操作で発電効率アップ」2012/9/14
• [備考] 報道関連科学新聞「1種類の有機半導体で太陽電池-平本・分子研教授ら作製に成功-フラーレンC60にpnホモ接合形成」2011/10/28
• [備考] 報道関連科学新聞「有機半導体薄膜作製ドーピング濃度制御-分子研、100万分の1技術を確立-」2011/9/30
• [備考] 報道関連日刊工業新聞「分子科研フラーレンをp型化有機太陽電池の効率向上」2011/3/15
• [備考] 報道関連科学新聞「目に見えない光を有効利用有機太陽電池の基礎技術-平本・分子研教授らの研究グループ開発-」2011/2/18
• [備考] 報道関連日経産業新聞「有機太陽電池変換効率3割向上、分子研、近赤外光も電気に」2011/2/15
• [備考] アウトリーチ活動平本昌宏、第14回自然科学研究機構シンポジウム「分子が拓くグリーン未来」学術総合センター(一橋講堂)、一般市民聴衆500人程度、25年3月20日、講演「有機薄膜太陽電池太陽電池の現状と将来」とポスター展示
• [備考] アウトリーチ活動平本昌宏、分子研市民公開講座、岡崎コンファレンスセンター、200人、24年2月3日、エネルギー問題、太陽電池、有機薄膜太陽電池の一般向け講演
• [産業財産権] 有機混合膜の共蒸着液体を用いた結晶化法 (2011)
  • 発明者名: 嘉治寿彦、平本昌宏
  • 権利者名: 自然科学研究機構
  • 産業財産権番号: 特願2011-088465
  • 出願年月日: 2011-04-13