有機薄膜系太陽電池の高効率化を目指した界面構造制御

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15033239
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 松村 道雄 大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 教授 (20107080)
• Keywords: 有機太陽 / 界面 / 電極 / 有機薄膜 / 光電流 / 励起子

Research Abstract

1.有機薄膜系太陽電池の作製条件の確立
低分子系材料を用いた有機薄膜系太陽電池は真空蒸着法により作製されるが、リーク電流の発生の割合が高い。我々は、リーク電流の発生が、有機層の微結晶化によるピンホールによることを突き止め、透明電極の前処理によって再現性よく太陽電池を作製することに成功した。
2.有機物層とITO透明電極界面の改良
有機物層とITO界面は有機/無機界面となっており、良好な接触が得られにくい。しかし、導電性高分子膜あるいは低分子アモルファス性の正孔輸送性材料をこの界面に挿入すると、その接触がよくなり、光電流を約40%増大させることができた。その利点は有機EL素子に応用することができた。
有機物と金属電極界面の改良
有機物と金属(Ag)電極界面も有機/無機界面であり、良好な接触が得られにくい。この界面の接触性を改善するために、Ag電極を真空蒸着する前に、ごく少量の銀を有機物表面近くに分布するよう低エネルギーでイオン注入した。その上でAgを真空蒸着して電極を作製すると、光電流は約40%向上し、上記の処理と合わせて、通常の作製法と比べて光電流を約2倍に増大することに成功した。
3.観測された光電流についての考察
上記のようにして得られた光電流(短絡光電流)は約4.1mAcm^<-2>である(AM1.5、100mWcm^<-2>疑似太陽光照射下)。有機薄膜系太陽電池の光電流値としては高い値ではあるが、この系において理論的に期待される最高値(約15mAcm^<-2>)と比べるとかなり低い。有機層内に励起子ブロック層を挿入し、その位置と光電流値の関係からその原因を探り、有機層内のごく狭い領域のみが光電流の発生に有効に機能していることがわかった。
4.有効領域が限定される原因の解明
光電流の光強度および温度に対する依存性を調べ、三重項励起子の拡散過程によって光電流発生領域が限定されていることを明らかにした。これは、今後の特性改善のための重要な指針となる。

Research Products

• [Publications] K.Manabe: "Transport of Carriers in Organic Light-Emitting Devices Fabricated with p-Phenylenevinylene-Derivative Copolymers"Journal of Applied Physics. 94. 2024-2027 (2003)
• [Publications] A.Ito: "Emission Zone in Organic Light-Emitting Diodes under AC Operation"IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. (印刷中).