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2013 年度 実績報告書

有機薄膜太陽電池の構造と機能-特殊形状を有する高分子とその階層構造解析-

研究課題

研究課題/領域番号 25248053
研究種目

基盤研究(A)

研究機関京都大学

研究代表者

梶 弘典  京都大学, 化学研究所, 教授 (30263148)

研究分担者 佐藤 敏文  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80291235)
福島 達也  京都大学, 化学研究所, 助教 (70705392)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード有機薄膜太陽電池 / 固体NMR / 特殊形状高分子 / 階層構造解析
研究概要

本課題で取り組むバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池は、次世代型太陽光発電システムとして期待されており、その特性向上に向けての研究・開発が活発に行われている。その一方で、実用化の礎となる有機太陽電池の基礎科学には、未開拓の部分が多い。本研究では、まず、バルクヘテロ接合型有機太陽電池の特性向上のための基礎科学の構築を目指す。特に、種々の構造を有する高分子を新規に合成する試みを行うとともに、合成に成功した高分子に対しては各種解析および素子作製を行い、材料-デバイス作製プロセス-構造-太陽電池特性の一連の相関解明を目指す。また、得られた知見に基づき、有機太陽電池特性向上に対する指針を得ることを目指す。初年度である昨年度は、次の検討を行った。まず、ドナー材料としては、rrP3HTをはじめとするポリチオフェン誘導体、および、8-9%に至る高い光電変換効率を示すPTB7を用いた。アクセプター材料としては、PC61BM、PC71BMを用いた。これらのドナー/アクセプター系からなるバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池素子の作製を行った。その際、素子作製時における溶媒、添加剤、熱処理の効果に関し、詳細な検討を行った。また、素子作製条件が光電変換効率に与える影響に関しても検討した。その結果、特定の高分子を用いた系に対し、光電変換効率が大幅に向上するという興味深い結果が得られた。また、新規形状を有する高分子の合成にも着手し、その合成に成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

一部、計画変更を行ったが、研究は順調に進展している。佐藤グループにおいても、新規形状を有する高分子の合成に成功し、順調な初年度であったと言える。特に、溶媒、添加剤、熱処理の効果に関しては、行ってみないとわからない部分があったが、ある高分子を用いた系に対し、光電変換効率が大幅に向上するという予想外の結果が得られた点から、当初の計画以上に研究が進展していると評価した。

今後の研究の推進方策

現状、きわめて順調に研究が進展しており、今年度も現状の形で研究を進める。佐藤グループでも新規高分子合成に成功していることから、今年度はその高分子を梶グループで素子化する。特に、素子作製条件、溶媒、添加剤、熱処理の効果に関して詳細に検討を行い、光電変換効率に与える影響について調べる。いくつかの計画変更を行ったが、重要な点は素子作製に関してである。もともとの計画では、スピンコーターに加えてインクジェットプリンターを用いる予定であったが、材料利用効率、薄膜、厚膜それぞれにおける膜厚制御性、価格面等の、種々の検討の結果、ダイコーターがより適していることが明確となり、予算枠にも適合していたことから、ダイコーターで進める方向に変更した。佐藤グループでは、さらに新規な高分子の合成を進める。モノマーとして縮環系を用いた高分子に関する検討も進める。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2014 2013

すべて 学会発表 (11件) (うち招待講演 6件)

  • [学会発表] Solid-State NMR Studies on Aggregated Structures in Organic Devices2014

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Fukushima, Hironori Kaji
    • 学会等名
      TADF International Workshop
    • 発表場所
      アクロス福岡 (福岡)
    • 年月日
      20140314-20140314
  • [学会発表] Synthesis and characteristics of cyclic- and star-shaped poly(3-hexylthiophene)2014

    • 著者名/発表者名
      Toshifumi Satoh, Daichi Suemasa, Ryosuke Nakamura, Hirotaka Ishibashi, Tatsuya Fukushima, Hironori Kaji
    • 学会等名
      Institute for Chemical Research International Symposium 2014
    • 発表場所
      京都大学化学研究所 (京都)
    • 年月日
      20140310-20140312
  • [学会発表] 大環状ポリ(3-ヘキシルチオフェン)の精密合成2014

    • 著者名/発表者名
      末政大地・齋藤憲吾・中村亮介・田島健次・梶弘典・佐藤敏文
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部 2014年 冬季研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学学術交流会館 (北海道)
    • 年月日
      20140128-20140129
  • [学会発表] Solid-State NMR Analysis of Organic LEDs and Organic Solar Cells2013

    • 著者名/発表者名
      Hironori KAJI
    • 学会等名
      ESPCI-KiPS 2013 Meeting
    • 発表場所
      ESPCI, Paris (France)
    • 年月日
      20131128-20131130
    • 招待講演
  • [学会発表] Solid-State NMR Analysis of Organic LEDs and Organic Solar Cells2013

    • 著者名/発表者名
      Hironori KAJI
    • 学会等名
      Swiss-Kyoto Symposium 2013
    • 発表場所
      ZURICH (Switzerland)
    • 年月日
      20131121-20131122
    • 招待講演
  • [学会発表] NMRおよびGIPAW計算を用いた有機EL、有機太陽電池の解析2013

    • 著者名/発表者名
      梶 弘典
    • 学会等名
      第52回NMR討論会 チュートリアルコース
    • 発表場所
      石川県立音楽堂 (金沢)
    • 年月日
      20131111-20131111
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機太陽電池におけるポリチオフェン/フラーレン混合膜の固体 NMR 解析2013

    • 著者名/発表者名
      福島達也・藤村昴・梶弘典
    • 学会等名
      第62回高分子討論会
    • 発表場所
      金沢大学 (金沢)
    • 年月日
      20130911-20130913
  • [学会発表] Solid-state NMR Analysis of Donor/Acceptor Structures in Organic Solar Cells2013

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Fukushima, Subaru Fujimura, Hironori Kaji
    • 学会等名
      The 11th China-Japan Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena
    • 発表場所
      Changchun (China)
    • 年月日
      20130901-20130903
    • 招待講演
  • [学会発表] 末端エチニル化ポリ(3-ヘキシルチオフェン)の精密合成2013

    • 著者名/発表者名
      齋藤憲吾・末政大地・中村亮介・田島健次・佐藤敏文
    • 学会等名
      2013年度北海道高分子若手研究会
    • 発表場所
      札幌市アイヌ文化交流センター (北海道)
    • 年月日
      20130830-20130831
  • [学会発表] 有機EL、有機太陽電池の創製と解析2013

    • 著者名/発表者名
      梶 弘典
    • 学会等名
      電子情報通信学会 OME・SDM(シリコン材料・デバイス/有機エレクトロニクス)研究会
    • 発表場所
      屋久島環境文化村センター (鹿児島)
    • 年月日
      20130425-20130426
    • 招待講演
  • [学会発表] Solid-state NMR and GIPAW Approach for Organic LEDs and Organic Solar Cells2013

    • 著者名/発表者名
      Hironori KAJI, Tatsuya FUKUSHIMA, Masashi Fukuchi, and Furitsu Suzuki
    • 学会等名
      2013 Spring National ACS meeting
    • 発表場所
      New Orleans (米国)
    • 年月日
      20130407-20130411
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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