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2010 年度 実績報告書

直立超格子ナノ構造を組み込んだ高効率有機太陽電池

研究課題

研究課題/領域番号 21655072
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)

キーワード有機薄膜太陽電池 / 共蒸着i層 / 低蒸気圧分子 / 3元蒸着 / 結晶化促進 / 厚膜セル / フラーレン / フタロシアニン
研究概要

本年度は、第3の分子を共蒸着中に導入することを行い、共蒸着i層を結晶化して直立超格子に近いナノ構造を形成し、短絡光電流を大きく向上することに成功した。
通常は、2種類の有機半導体を共蒸着するのに対し、本研究では第3の、低蒸気圧液体分子も含めて3元共蒸着した。低蒸気圧分子として、拡散ポンプ用真空オイルであるアルキルジフェニルエーテル(ADE)等を導入した。低蒸気圧分子は、他の共蒸着分子と衝突することによって、それらを拡散させ、結晶化を促進する。
メタルフリーフタロシアニン(H_2Pc)とフラーレン(C_<60>)からなる共蒸着膜セルにおいて、短絡光電流(J_<sc>)を2.2から11mA/cm^2に増大することに成功した。XRD,断面SEM観察から、直立超格子に類似の、H_2PcとC_<60>からなる結晶カラム構造が形成され、ホールと電子が別々に輸送されることでJ_<sc>向上に至っていることを確認した。また、本方法で1ミクロンの厚膜を曲線因子の低下なしに作製できることを確認した。有機薄膜太陽電池においては、世界的に100nm程度の膜厚しか作製できず効率向上の障害となっている。照射太陽光すべてを吸収できる1ミクロンもの厚膜セル作製ができることは、有機薄膜太陽電池の効率向上に決定的な意味を持つ。
本方法は、一般性を持ち、C_<60>と鉛フタロシアニン、アルミフタロシアニン、ルブレン等の組み合わせで、最高1万倍に達するJ_<sc>の向上を観測した。
以上のように、低分子系共蒸着膜において、直立超格子類似構造を一般的に形成できるこれまでにない方法を提出できた。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (1件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Structural studies of the codeposited i-layer of ZnPc:C_<60> p-i-n solar cells2011

    • 著者名/発表者名
      K.Iketaki, T.Kaji, S.Nakao, M.Hiramoto
    • 雑誌名

      Phys.Status Solidi C

      巻: 8 ページ: 637-639

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Near infrared light driven organic p-i-n solar cells incorporating phthalocyanine J-aggregate2011

    • 著者名/発表者名
      M.Hiramoto, K.Kitada, K.Iketaki, T.Kaji
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 98 ページ: 023302(1-3)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] One month continuous operation of organic p-i-n solar cells covered with a zinc oxide protection layer2010

    • 著者名/発表者名
      M.Hiramoto, H.Shiokawa
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 3 ページ: 082301-082302

    • 査読あり
  • [学会発表] 玉突き結晶化による蒸着型有機太陽電池の短絡電流向上2011

    • 著者名/発表者名
      嘉治寿彦、M.Zhang、中尾聡、池滝何以、横山和也、C.Tang、平本昌宏
    • 学会等名
      応用物理学会春季年会
    • 発表場所
      神奈川工科大学(神奈川県)
    • 年月日
      2011-03-25
  • [図書] 人工光合成と有機系太陽電池-最新の技術とその研究開発第16章 p-i-n接合を用いた高効率有機薄膜太陽電池2010

    • 著者名/発表者名
      平本昌宏
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      化学同人
  • [備考] 分子科学研究所

    • URL

      http://www.ims.ac.jp/indexj.html

  • [備考] 平本グループ

    • URL

      http://hiramoto.science-server.com/index.html

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公開日: 2012-07-19  

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