有機薄膜系太陽電池の高効率化を目指した接合構造の制御

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1.新規バルクヘテロ構造の構築による光電流の増大有機積層型太陽電池においては、電子供与性材料と電子受容性材料を混合させた、いわゆるバルクヘテロ構造を採ることで、効率良く電荷分離が起こることが知られている。一般的に、バルクヘテロ構造は導電性高分子にフラーレン誘導体を混合させることで構築されているが、この場合はフラーレン誘導体の接触状態を制御できないため、生成した電荷を電極まで輸送する経路が十分形成されないという問題点がある。我々は、芳香族アミン化合物(TPD)とフラーレン(C_<60>)を積層し、これらの有機層を加熱処理という新規な方法により、これらの界面にバルクヘテロ構造が形成されることを見出した。処理条件を最適化した結果、短絡光電流は疑似太陽光照射下において約1mA/cm^2から3mA/cm2に増大し、変換効率は0.36%から1.1%に向上した。本構造は、生成した電荷の輸送経路を予め備えているという点で従来型バルクヘテロ構造よりも有利であり、高効率な有機薄膜太陽電池を作製するための基盤技術になると考えられる。2.有機/金属界面の構造制御有機/金属界面においては、電極を蒸着する際に金属微粒子が有機層に侵入し、それに伴って分子状態の変化などが起こると予想される。特に、有機薄膜太陽電池に用いられる材料は結晶性膜を形成するものが多く、金属微粒子の侵入が起こりやすい。そこで、C_<60>薄膜に対する金属電極の侵入度合を、有機膜の静電容量測定や断面電子顕微鏡観察から見積もったところ、金属によって侵入の度合が異なり、AgはC_<60>に侵入しやすい反面、Inは侵入しにくいことが明らかになった。C_<60>/金属界面に、バッファー層としてバソクプロイン(BCP)を挿入したところ、金属微粒子の侵入が抑制され、光電流やF.F(Fill Factor)が向上することが明らかになった。これは、金属微粒子の侵入によって起こっていた励起子失活などの現象が抑制されたためと考えられる。