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2013 年度 実績報告書

デバイスレス有機薄膜太陽電池性能予測診断システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 25288084
研究種目

基盤研究(B)

研究機関大阪大学

研究代表者

佐伯 昭紀  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10362625)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード有機太陽電池 / マイクロ波分光 / 時間分解評価
研究概要

デバイスレスXe-flash TRMCシステムを駆使して、高効率太陽電池実現のための新たな材料設計・合成を行った。ベンゾビスチアゾール(BBTz)は、通常はアクセプターユニットとして認識され、近年、CPDTなどのドナーユニットと組み合わせた共重合体が報告されている。しかし、その変換効率は1~3%程度に留まっている。従来の組み合わせに比べ、未検討な新たな組み合わせでは共重合体のHOMOはより深くなり、バンドギャップも狭くなることが予想でき、高効率有機薄膜太陽電池材料として期待できると考えた。
そこで、BBTzとベンゾビスチアゾール(BT)からなる高分子を合成し、TRMC測定並びに太陽電池評価を行った。当初、太陽電池性能は発現しなかったが、TRMC法で評価を行ったところ、高い過渡伝導度信号が観測された。そこで、溶解性を向上させるため、分岐アルキル基の導入やBBTzとBTzの間にさらにアルキルチオフェン環を挟んだ構造の共重合体を合成した。さらにデバイス構造を検討することで、3.8%の効率が得られた。初年度の新規材料の設計・合成関連の研究を通じて、アクセプターユニットをドナーユニットとして使うという新たなコンセプトの実証に成功した。

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

本課題では、研究者らが開発したXe-flashによる高性能なデバイスレス太陽電池評価システムの構築を主たる目的としている。また、2年度以降に、このデバイスレス装置を用いて高効率な太陽電池材料を開発する予定であったが、初年度にそのような高分子を見出し、実証することに成功した。2年目以降は、さらなる高効率材料の開発に向け、研究が加速できる。

今後の研究の推進方策

初年度中に迅速・安定なデバイスレス予測診断システムの大まかな枠組は完成した。このシステムでは主にX-band(9 GHz)のマイクロ波を用いるが、マイクロ波法の特長として、測定周波数を変えることで測定の時間分解能と電荷キャリアの振動距離を変えることができる点が挙げられる。さらに高周波のK-band(18 GHz)・Q-band(34 GHz)を用いることで、電子アクセプター濃度に対する過渡伝導度の依存性を変えることができる。それにより、測定ダイナミックレンジをコントロールし、かつ測定系を小型にすることが可能である。また、有機薄膜太陽電池の活性層だけでなく、酸化チタンなどの無機材料の複合的評価を可能にする探索的研究も行う。この周波数変調の結果と併せることで、有機薄膜太陽電池の性能をデバイスレスで、トータルに診断できるシステムの構築が期待できる。

次年度の研究費の使用計画

研究グループ全体の次年度(H26年度)の予算獲得状況が不確定であったため、研究を遂行するために最低限必要な薬品・実験器具等の消耗品に充てる資金を確保した。
幸い、グループの次年度(H26年度)の予算も確保されたため、本課題を効果的に進めるための装置の購入に充てる予定である。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 6件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Benzobisthiazole as Weak Donor for Improved Photovoltaic Performance: Microwave Conductivity Technique Assisted Molecular Engineering2014

    • 著者名/発表者名
      M. Tsuji, A. Saeki, Y. Koizumi, N. Matsuyama, C. Vijayakumar, and S. Seki
    • 雑誌名

      Adv. Funct. Mater.

      巻: 24 ページ: 28-36

    • DOI

      10.1002/adfm.201301371

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of Photoconductive Nanowires of Tetracene Derivative in Composite Thin Film2013

    • 著者名/発表者名
      T. Suzuki, T. Okamoto, A. Saeki, S. Seki, H. Sato, and Y. Matsuo
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 5 ページ: 1937-1942

    • DOI

      10.1021/am302914w

    • 査読あり
  • [雑誌論文] etrathiafulvalene Hybridized with Indacenetetraone as Visible-light-harvesting Electron Acceptor Applicable to Bulk-heterojunction Organic Photovoltaics2013

    • 著者名/発表者名
      K. Akaike, H. Enozawa, T. Kajitani, M. Koizumi, A. Kosaka, D. Hashizume, Y. Koizumi, A. Saeki, S. Seki, and T. Fukushima
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 42 ページ: 1417-1419

    • DOI

      10.1246/cl.130702

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ambipolar Low-bandgap Copolymers Consisting of Dithienoketopyrrole for All-Polymer Solar Cells2013

    • 著者名/発表者名
      M. Ide, Y. Koizumi, A. Saeki, and S. Seki
    • 雑誌名

      J. Photopolym. Sci. Tech.

      巻: 26 ページ: 217-221

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fullerene Nanowires Produced by Single Particle Nanofabrication Technique and Their Photovoltaic Applications2013

    • 著者名/発表者名
      S. Suwa, Y. Maeyoshi, S. Tsukuda, M. Sugimoto, A. Saeki, and S. Seki
    • 雑誌名

      J. Photopolym. Sci. Tech.

      巻: 26 ページ: 193-197

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Near-Infrared Absorbing Thienoisoindigo-Based Copolymers for Organic Photovoltaics2013

    • 著者名/発表者名
      M. Ide, Y. Koizumi, A. Saeki, Y. Izumiya, H. Ohkita, S. Ito, and S. Seki
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 117 ページ: 26859-26870

    • DOI

      10.1021/jp4104728

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 白色光パルス・マイクロ波伝導度法による有機薄膜太陽電池性能の直接評価2013

    • 著者名/発表者名
      佐伯昭紀
    • 雑誌名

      高分子論文集

      巻: 70 ページ: 370-385

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 自己組織化材料のミクロ・マクロ光電気物性評価2013

    • 著者名/発表者名
      佐伯昭紀
    • 雑誌名

      機能材料

      巻: 33 ページ: 12-19

    • 査読あり
  • [学会発表] π共役高分子の光電変換機能:評価技術を基盤とした分子設計2014

    • 著者名/発表者名
      佐伯昭紀
    • 学会等名
      2014年日本化学会年次大会
    • 発表場所
      愛知
    • 年月日
      20140330-20140330
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ波伝導度評価に基づいたベンゾビスチアゾール高分子の設計と評価2014

    • 著者名/発表者名
      佐伯昭紀, 辻雅司, 吉川沙耶, 小泉美子, 松山直人, 関 修平
    • 学会等名
      2014年春季応用物理学会
    • 発表場所
      神奈川
    • 年月日
      20140318-20140318
  • [学会発表] マイクロ波法によるデバイスレス評価法の開発と材料設計2014

    • 著者名/発表者名
      佐伯 昭紀
    • 学会等名
      CEREBA研究会
    • 発表場所
      茨城
    • 年月日
      20140317-20140317
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロ波法によるデバイスレス評価法の開発と材料設計2014

    • 著者名/発表者名
      佐伯 昭紀
    • 学会等名
      東北大学理学部研究会
    • 発表場所
      宮城
    • 年月日
      20140207-20140207
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機薄膜太陽電池の高効率化に向けたデバイスレス評価法2013

    • 著者名/発表者名
      佐伯 昭紀
    • 学会等名
      第3回 有機太陽電池研究会
    • 発表場所
      和歌山
    • 年月日
      20131219-20131219
    • 招待講演
  • [学会発表] Benzobisthiazole as Weak Donor for Improved Photovoltaic Performance: Microwave Conductivity Technique Assisted Molecular Engineering2013

    • 著者名/発表者名
      A. Saeki, M.Tsuji, and S. Seki
    • 学会等名
      MRS Fall Meeting 2013
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      20131201-20131201
  • [学会発表] マイクロ波誘電損失分光法による高分子材料の伝導特性評価2013

    • 著者名/発表者名
      佐伯昭紀
    • 学会等名
      第30 回 誘電・絶縁材料に関する若手セミナー
    • 発表場所
      静岡
    • 年月日
      20131127-20131127
    • 招待講演
  • [学会発表] 白色TRMC法によるデバイスレス評価と材料設計2013

    • 著者名/発表者名
      佐伯昭紀
    • 学会等名
      応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会講習会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131111-20131111
    • 招待講演
  • [学会発表] ullerene Nanowires Produced by Single Particle Nanofabrication Technique and Their Photovoltaic Applications2013

    • 著者名/発表者名
      A. Saeki, S. Suwa, Y. Maeyoshi, S. Tsukuda, M. Sugimoto, S. Seki
    • 学会等名
      IPCST-2013
    • 発表場所
      千葉
    • 年月日
      20130625-20130625
  • [学会発表] Gold Nanoparticle Assisted Self-Assembly and Enhancement of Charge Carrier Mobilities of a Conjugated Polymer2013

    • 著者名/発表者名
      A. Saeki, C. Vijayakumar, B. Balan, T. Tsuda, S. Kuwabata, S. Seki
    • 学会等名
      第62回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20130529-20130529
  • [備考] Resercher ID

    • URL

      http://www.researcherid.com/rid/B-7756-2011

  • [備考] 大阪大学大学院工学研究科・関研

    • URL

      http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~cmpc-lab/

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公開日: 2015-05-28  

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