• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2013 年度 実績報告書

光合成の原理と材料を用いた新型色素増感バルクヘテロジャンクション太陽電池の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23686138
研究機関山形大学

研究代表者

XIAO‐FENG Wang  山形大学, 理工学研究科, 助教 (40434899)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2015-03-31
キーワード真空蒸着 / インドリン色素 / 両極性分子 / 有機薄膜太陽電池 / 高効率
研究概要

今年度の研究は前年度の成果に基づいて、更に展開していた。
1.クロロフイル誘導体の両極性の発見及び有機太陽電池への応用。自然光合成系の中のクロロフイル分子は光吸収、エネルギー及び電子移動反応に貢献しているから、電子とホールの輸送を両方していると考えられる。従来の有機太陽電池は電子ドナーかアクセプターとして開発している。私は世界中で初めて電子ドナーとアクセプター両方の性能クロロフイル誘導体分子を開発した。開発した分子の電子移動度はホール移動度より高いに対して、電子アクセプターとする性能はドナーとする性能よりは低く、分子のエネルギー準位による支配することが分かった。こんな成果に踏んで、更に市販の電子アクセプターとしているフラーレンをドナーとして活用してみた。世界的に初めてフラーレンのみで有機太陽電池の構築に成功した。
2.色素増感太陽電池に使用するインドリン色素の有機太陽電池への応用。インドリン色素(D149, D131)は従来の色素増感太陽電池に良く使用している色素であり、高い吸収係数を持ち、有機太陽電池のドナー材料として、適用している。今度は、最初に分子量の大きいD149を塗布型有機太陽電池に活用してみた。しかし、分子の溶解度が限られていて、電池の変換効率は1.3%しか出なかった。この問題を解決するために、真空中で蒸発できるD131をフラーレンと色んな比率で共蒸着し太陽電池を作った。この方法で作った太陽電池は塗布型の太陽電池より遥かに高く、4.5%まで達成した。この効率は市販の有機太陽電池ドナー分子に負けなく、非常に高い性能を示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

元の計画は光合成材料を用いた有機太陽電池の高効率を達成する及び市販している色素増感太陽電池材料の有機太陽電池への応用。光合成材料に関しては、今度両極性を持つクロロフイル誘導体の開発に成功した。クロロフイル誘導体を用いた有機太陽電池の変換効率も3%程度届いた。この成果はOrg. Electro.に発表した。
市販色素増感太陽電池の色素を用いた有機太陽電池の開発も順調に進んだ。インドリン色素に基づいた有機太陽電池の変換効率は5.1%を達成した。関連の成果はMolecules, Org. Electro.などの雑誌及び学会で発表した。

今後の研究の推進方策

次の研究展開は主に光合成材料の高いホール移動度を中心的にすると考えている。
1.光合成材料をホール輸送層とする有機無機プロペスカート太陽電池を開発する。光合成材料の高いホール移動度は有機無機太陽電池にとって、特に重要な特性と考えている。
2.両極性のクロロフイル誘導体を電子アクセプターとしてプロベスカード太陽電池に応用する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2014 2013 2011

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] J-aggregation of a squaraine dye and its application in organic photovoltaic cells2013

    • 著者名/発表者名
      G. Chen, H. Sasabe, W. Lu, X-F. Wang, J. Kido, Z. Hong, Y. Yang
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. C

      巻: 1 ページ: 6547-6552

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solution-processed organic photovoltaics based on indoline dye molecules developed in dye-sensitized solar cells2013

    • 著者名/発表者名
      Z. Liu, H. Ojima, Z. Hong, J. Kido, W. Tian, X-F. Wang*
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 18 ページ: 3107-3117

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chloroboron (III) subnaphthalocyanine as an electron donor in bulk heterojunction photovoltaic cells2013

    • 著者名/発表者名
      G. Chen, H. Sasabe, T. Sano, X-F. Wang, Z. Hong, Y. Yang, J. Kido
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 24 ページ: 484007-484016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Indoline-based donor molecule for efficient co-evaporated organic photovoltaics2013

    • 著者名/発表者名
      Z. Liu, X-F. Wang*, Z. Wang, H. Ojima, Z. Hong, W. Tian, J. Kido
    • 雑誌名

      Org. Electron.

      巻: 14 ページ: 2210-2215

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dicyano-functionalized chlorophyll derivatives with ambipolar characteristic for organic photovoltaics2013

    • 著者名/発表者名
      Y-W. Wang, S. Sasaki, T. Zhuang, H. Tamiaki, J-P. Zhang, I. Toshitaka, Z. Hong, J. Kido, O. Kitao, X-F. Wang*
    • 雑誌名

      Org. Electron.

      巻: 14 ページ: 1972-1979

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular engineering on a chlorophyll derivative, chlorin e6, for significantly improved power conversion efficiency in dye-sensitized solar cells2013

    • 著者名/発表者名
      X-F. Wang*, H. Tamiaki, O. Kitao, I. Toshitaka, S. Sasaki
    • 雑誌名

      J. Power Sources

      巻: 242 ページ: 860-864

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fullerene derivatives as electron donor for organic photovoltaic cells2013

    • 著者名/発表者名
      T. Zhuang, X-F. Wang*, T. Sano, Z. Hong, Y. Yang, J. Kido
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 103 ページ: 203301-203304

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of fullerene multiadducts on the morphology and charge photogeneration of their photovoltaic blends with poly(3-hyxylthiophene)2013

    • 著者名/発表者名
      Y-W. Wang, W. Zhang, X-C. Ai, J-P. Zhang, X-F. Wang, J. Kido
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 117 ページ: 25898-25907

    • 査読あり
  • [学会発表] Cross the Border: From Highly Efficient Dye-Sensitized Solar Cells to Highly Efficient Organic Photovoltaics2013

    • 著者名/発表者名
      X-F. Wang
    • 学会等名
      EMN East Meeting: Energy Materials Nanotechnology
    • 発表場所
      Xijiao hotel, Beijing, China
    • 年月日
      20130907-20130910
    • 招待講演
  • [学会発表] Co-Evaporated Organic Solar Cells Based on Indoline Dye and Fullerene2013

    • 著者名/発表者名
      X-F. Wang
    • 学会等名
      Solar Energy for World Peace
    • 発表場所
      Convention center, Istanbul, Turkey
    • 年月日
      20130817-20130819
  • [学会発表] Efficient organic photovoltaics based on DSSC dye donor materials2013

    • 著者名/発表者名
      X-F. Wang
    • 学会等名
      IUPAC 2013: 44th World Chemistry Congress
    • 発表場所
      Convention center, Istanbul, Turkey
    • 年月日
      20130811-20130816
  • [図書] High-Efficiency Solar Cells - Physics, Materials and Devices2014

    • 著者名/発表者名
      T. Zhuang, Y. Wang and X-F. Wang*
    • 総ページ数
      36
    • 出版者
      Springer
  • [産業財産権] 有機薄膜太陽電池2011

    • 発明者名
      王暁峰、佐々木真一、城戸淳二
    • 権利者名
      王暁峰、佐々木真一、城戸淳二
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2013-21098
    • 出願年月日
      2011-07-11
    • 取得年月日
      2013-04-30
  • [産業財産権] 有機薄膜太陽電池2011

    • 発明者名
      王暁峰、城戸淳二
    • 権利者名
      王暁峰、城戸淳二
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2013-128045
    • 出願年月日
      2011-12-19
    • 取得年月日
      2013-06-27

URL: 

公開日: 2015-05-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi