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表面修飾したシリコン量子ドットの量子増感機能発現による高効率薄膜太陽電池の創製

通过表达表面修饰硅量子点的量子敏化功能创建高效薄膜太阳能电池

基本信息

批准号：
24651147
负责人：
山田憲二
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Kitakyushu National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2013-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-24651147/
关键词：
低温プラズマシリコン量子ドット表面修飾増感太陽電池 P3HT PCBM

项目摘要

従来の有機薄膜太陽電池では発電できない長波長光の利用が可能である表面修飾シリコン量子ドットをｐ型半導体/ｎ型半導体バルクヘテロ接合活性層に導入することにより、量子増感効果による有機薄膜太陽電池の光電変換効率が増大する可能性について検討し、以下の成果を得た。①低温プラズマ装置を用いてシリコンナノ粒子のアルゴンプラズマ処理により、プラズマ処理時間に伴って粒子径が減少することを確認し、ドット径制御の可能性を明らかにした。②窒素プラズマ処理により、プラズマ処理前にドット表面に形成していたSi-H基およびSi-OH基が消失し、SiN-H基が新たに形成することを明らかにした。③表面にSi-Cl基を形成させたシリコン量子ドット（ドット径：４～5nm）をP3HT/PCBM活性層に導入して薄膜X線回折測定を行った結果、シリコン量子ドットはP3HT及びPCBMの結晶化に対して不均一核として作用し、両者の結晶性を高めることを明らかにした。活性層をPEDOT・PSS正孔輸送層とTiOx電子輸送層で挟んだ太陽電池セルにおいて、シリコン量子ドット導入に伴い720nm付近のIPCE値が増加したことより、シリコン量子ドットの増感作用発現を確認できた。したがってP3HT/Si/PCBMにおいてエネルギーカスケードが形成され、シリコン量子ドットの光励起により生成した正孔・電子はそれぞれP3HT結晶相・PCBM結晶相に移動することが明らかになった。したがって、シリコン量子ドットはP3HT/PCBM界面に配置していると推測される。活性層の蛍光スペクトル（励起波長550nm）測定の結果より、シリコン量子ドット導入に起因してP3HT結晶相サイズが増加することで650nm付近の蛍光強度の増加をもたらし、P3HTの光励起により生成するエキシトンの中で発電に寄与できない割合が増加することを明らかにした。

In recent years, organic thin film solar cells have been able to utilize long wavelength light for power generation. Surface modification of quantum dots between p-type semiconductor and n-type semiconductor has been introduced into the bonding active layer. Quantum enhancement effect has been achieved. The photoelectric conversion efficiency of organic thin film solar cells has increased. (1) The possibility of particle size reduction associated with the processing time of low temperature particle size control devices is clearly identified. 2. The formation of Si-H groups and Si-OH groups on the surface of the substrate and the formation of SiN-H groups on the surface of the substrate 3. The formation of Si-Cl groups on the surface of P3HT/PCBM active layer and the introduction of thin film X-ray reflection measurement results show that the crystallization of P3HT and PCBM is due to the heterogeneous nucleation and crystallization of P3HT and PCBM. Active layer: PEDOT·PSS positive hole transport layer: TiOx electron transport layer: solar cell: high temperature, high temperature. P3HT/Si/PCBM crystal phase shift due to the formation of positive holes and electron transfer due to the formation of positive holes. P3HT/PCBM interface configuration is assumed to be the most important component of the system. The measurement results of the active layer luminescence (excitation wavelength 550nm) show that the P3HT crystal phase increases due to the introduction of P3HT, the luminescence intensity increases near 650nm, and the P3HT luminescence increases due to the formation of P3HT, the emission of P3HT, and the separation of P3HT.