2014 Fiscal Year Research-status Report
シャトルコック型フタロシアニン系タンデム逆型有機太陽電池の作製と物性評価
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26390047
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
鈴木 厚志 滋賀県立大学, 工学部, 助教 (30281603)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機・分子エレクトロニクス / 高効率太陽光発電材料・素子 / 有機太陽電池 / 表面・界面物性 / スピンデバイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の課題では、シャトルコック型フタロシアニン金属錯体やフラーレン誘導体を電荷移動層として利用することにより吸収波長広域化と電荷輸送特性を向上させ、独創的かつ高性能な有機・無機複合型有機太陽電池を構築した。シャトルコック型フタロシアニン金属錯体をTiO2層やperovskite/TiO2層に蒸着法で製膜しながら有機活性層や電荷移動層として有機・無機複合型太陽電池を作製し、光起電力特性を向上した。フタロシアニン金属錯体の結晶構造や分子配向を蒸着の製膜条件、熱処理条件により制御し、電荷移動度の改善や吸収広域化により光起電力特性の向上を行った。シャトル型フタロシアニン金属錯体では光電変換効率4%を示した。光起電力特性の経時変化から長期安定性を検討したところ、従来のホール輸送層よりも2週間以上性能を保つことが分かった。走査型電子顕微鏡(SEM/EDX)やX線回折による薄膜の表面形態や組成成分、結晶構造を観測した。分子軌道計算法によりフタロシアニン金属錯体の電子構造や励起状態を検討した。吸収特性、光電変換効率IPCE、外部量子効率の波長特性、輸送特性、光起電力特性などの実験結果を考察することにより光起電力機構の違いを検討した。これらの成果は有機エレクトロニクス材料に関する国内外の学会において論文発表を行った。さらに海外の学術雑誌にて論文発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
シャトル型フタロシアニン金属錯体としてチタニアルフタロシアニン(TiOPc)、バナジルフタロシアニン(VOPc)、鉛フタロシアニン(PbPc)やフラーレン誘導体 (PCBM)を利用した逆型有機薄膜太陽電池やペロブスカイト系太陽電池を作製した。蒸着法でホール輸送層の膜厚や分子配向、結晶構造を精密に制御しながら電子輸送層:酸化チタン(TiO2)/FTO基板上に製膜した。有機層のタンデム化や蒸着条件、熱処理、溶媒処理を調節しながら吸収領域、内部構造、結晶構造、分子配向を最適化し、光起電力機構を明らかにした。走査型電子顕微鏡(SEM/EDX)、X線回折などを用いて表面形態や組成成分、結晶構造を評価した。熱処理、溶媒処理による分子配向、結晶構造の相転移現象も検討を行った。分子構造や結晶構造や光起電力特性の関係について、実験的結果に基づいて検討を行った。これらの成果は材料、有機エレクトロニクス材料に関する国際学会において論文発表を行った。さらに海外の学術雑誌に論文を投稿した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に得られた結果を基にして高性能かつ長期安定性の有機・無機複合型太陽電池を作製する。特にバナジルフタロシアニンやバナジルナフタロシアニンなどのシャトル型フタロシアニン金属錯体を電荷移動層としてペロブスカイト/TiO2層に組み合わせることによって吸収の広域化、直列電圧化を行い、性能を向上させる。ホール輸送層を蒸着法によって電子輸送層:酸化チタン(TiO2)をFTO基板上に導入することにより界面の状態を改善する。蒸着条件、膜厚、結晶構造、物性を最適化する。熱処理条件、溶媒処理により分子配向、結晶構造を調節し、吸収特性の制御、吸収広域化を行う。ホール輸送層を選択することにより有機層と電極間の界面を整えるとともにエネルギーレベルを近づけ、電荷移動をしやすくする。電極としてAuを蒸着して有機・無機複合型太陽電池を完成する。光起電力特性、吸収、内部効率、キャリア移動度から光電荷分離、電荷移動、光起電力機構を解明し、性能を向上させる。SEM/EDX、STM/STS、AFM、X線回折を用いて有機層の表面形態、断面構造を観察しながら構造最適化を行う。特に光照射下のSTM 像や局所領域のSTS 分光特性から光照射下の輸送特性を検討する。局所領域のSTM/STS波長依存性とDFT計算による基底・励起状態の電子密度分布の違いを比較検討することによって光起電力機構を明らかにする。Core-Core誘電特性から界面の状態と光起電力特性との関係を検討する。
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| Causes of Carryover |
本年度の研究状況として、太陽電池セル作製、吸収特性、光電変換効率IPCE、外部量子効率の波長特性、光起電力特性、X線回折, 電子顕微鏡による表面形態観察などの実験が順調に進み、計画予算より研究支出額が少なめに済んだために次年度使用額10万円が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は試薬の購入、光照射下STM/STSや誘電特性の測定、国際学会の参加など研究費や国際学会の発表・旅費がかかる予定である。今年度の使用計画としてこの次年度使用額10万円を使用する予定。
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