高分子ブレンド薄膜太陽電池における内部構造制御による高効率化とその素過程の解明

通过聚合物共混薄膜太阳能电池的内部结构控制提高效率并阐明其基本过程

• 批准号: 13J04602
• 负责人: 森 大輔
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013 至 2014
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J04602/
• 关键词: 有機薄膜太陽電池; 共役高分子; 狭バンドギャップ高分子; 電子輸送性高分子; 高分子ブレンド; 相分離構造; 過渡吸収分光法; 有機エレクトロニクス

電子ドナー(D)、電子アクセプター(A)材料ともに共役高分子を用いた全高分子型太陽電池は、光捕集や電荷輸送、開放電圧の観点から、A材料にフラーレンを用いた従来の太陽電池に勝る特性が期待できる。しかし、そのエネルギー変換効率は2%以下に低迷しており原因も明確ではない。本研究では、全高分子型の特性向上と高効率太陽電池の設計指針確立を目的とした。本年度は、まず、P3HT/PF12TBTブレンド薄膜に対して、過渡吸収分光測定を行うことで、熱アニールによる素子特性向上の要因を光電変換素過程の観点から議論した。その結果、熱アニール前のブレンド膜では、生成電荷の大半が2500psの時定数で対再結合により失活し、光電流に寄与できる長寿命の自由電荷がわずか36%しか存在しないことを示した。一方で、熱アニール処理は、対再結合による失活を減少させ、自由電荷生成効率の向上につながることを明らかにした。アニール前では、D/A両材料が明確な相分離ネットワーク構造を形成しておらずドメイン内の純度も低いため、生成した電荷が自由に解離・拡散できずに対をなしたまま再結合する。一方で、熱アニールによる、ネットワーク形成とドメイン純度の向上、P3HTの結晶化よる電荷移動度の向上が、対再結合の抑制につながり、素子特性の向上に結び付くことを示した。さらに、近赤外光吸収と高い電荷輸送度を有する共役高分子をDおよびA両材料に用いることでさらなるPCE向上に挑んだ。ベンゾジチオフェン誘導体とチエノチオフェン誘導体との共重合体(PBDTTT-EF-T)をD材料として、N2200をA材料として用いた太陽電池を開発した。光吸収波長、相分離構造、電荷移動度の観点からD、A共役高分子材料を適切に選択できた結果、5.7%のPCEを達成し、共役高分子の相分離膜が有機太陽電池の発電層として極めて高い能力を有することを実証した。

The electronic equipment (D), the electric power plant (A), the common service polymer battery, the all-polymer battery, the light capture device, the switch switch, and the A material device are used to evaluate the characteristics of the battery. The reason for the downturn is very clear that the rate of failure is below 2%. In this study, the characteristics of all-polymer and high-frequency battery design are designed to ensure the purpose of the device. This year, the performance of the thin film, the absorption spectrophotometry, and the properties of the thin film are very important this year, and the results show that the optical properties of the thin film are very important. This year, in the current year, the thin film, the absorption spectrophotometry, the absorption spectrophotometry The results of the experiment, the temperature response of the membrane, the generation of more than half of the charge, the time limit of the 2500ps, and the combination of the inactivation of the cycle, the optical current and the long life of the free charge cycle of 36% of the free charge have a negative impact on the results. In the first place, we should make sure that the inactivation rate is low, and the free load generation rate is very high. The materials used in front and back of the engine are clearly separated from each other to form a low temperature temperature in the temperature field, and the free release of electrical charge is generated. The temperature is high, the P3HT is crystallized, the charge shift is up, combined with the suppression of the temperature, and the properties of the element are not affected by the temperature. For light absorption, near-infrared light absorption and high load transfer, there is a common service polymer

项目成果

狭バンドギャップDonor, Acceptor共役高分子のブレンド膜で創る高効率全高分子型薄膜太陽電池

采用窄带隙供体和受体共轭聚合物共混膜制成的高效全聚合物薄膜太阳能电池

• 发表时间: 2014
• 作者: 森大輔;辨天宏明;大北英生;伊藤紳三郎
• 通讯作者: 伊藤紳三郎

Low-Bandgap Donor/Acceptor Polymer Blend Solar Cells with Efficiency Exceeding 4%

• DOI: 10.1002/aenm.201301006
• 发表时间: 2014-02-01
• 期刊: ADVANCED ENERGY MATERIALS
• 影响因子: 27.8
• 作者: Mori, Daisuke;Benten, Hiroaki;Ito, Shinzaburo
• 通讯作者: Ito, Shinzaburo

4.1% Efficient All-Polymer Solar Cells Composed of Low-Bandgap Donor and Acceptor Polymers

4.1%%20Efficient%20All-Polymer%20Solar%20Cells%20Comcomposed%20of%20Low-Bandgap%20Donor%20and%20Acceptor%20Polymers

• 发表时间: 2014
• 作者: D. Mori;S. Ishida;H. Benten;H. Ohkita;S. Ito
• 通讯作者: S. Ito

狭バンドギャップDonor, Acceptor共役高分子を用いた全高分子型薄膜太陽電池の高効率化

使用窄带隙供体、受体共轭聚合物提高全聚合物薄膜太阳能电池的效率

• 发表时间: 2013
• 作者: 森大輔;辨天宏明;大北英生;伊藤紳三郎
• 通讯作者: 伊藤紳三郎

狭バンドギャップDonor, Acceptor共役高分子を用いた高効率全高分子型薄膜太陽電池の開発

使用窄带隙供体、受体共轭聚合物开发高效全聚合物薄膜太阳能电池

• 发表时间: 2013
• 作者: 森大輔;辨天宏明;大北英生;伊藤紳三郎
• 通讯作者: 伊藤紳三郎