| 研究概要 |
フラーレン誘導体は有機薄膜太陽電池の電子受容材料として精力的に研究されている。光電変換効率(η)は、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)およびフィルファクター(FF)の積であるため、高効率化にはフラーレンのLUMO準位を上昇させてVocを増大させること、および電子供与材料との相分離構造を制御してJscとFFを向上させることが鍵となる。本研究では、C60に対するリチウムアセチリドの求核付加反応を機軸として、種々の置換基をもつ1,2-付加型C60誘導体を合成し、有機薄膜太陽電池への応用を検討した。
1,2-付加型C60誘導体をアクセプター材料、ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)をドナー材料に用いてバルクヘテロ接合(BHJ)型有機薄膜太陽電池を作製した。特性を評価した結果、1,2-付加型誘導体の高いLUMO準位を反映して、いずれの素子もPC61BM/P3HT素子と同程度の高い開放電圧を示した。短絡電流密度(JSC)に関しては、エステル基を導入した場合にPC61BM/P3HT素子に匹敵する高い値を示した。嵩高いTMS基をフェニル基に代えるとJscは低下したが、フィルファクター(FF)が向上した。一方、TMS基を脱保護した誘導体を用いた素子は,光電変換特性をほとんど示さなかった。比較的反応性の高い末端アセチレン部位をもつため,薄膜中で電荷のトラップとして働いた可能性が考えられる。以上、種々の1,2-付加型C60誘導体を用いた有機薄膜太陽電池で高いVocの得られることがわかり、光電変換効率1.7%を示した。
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