ナノクリスタル分散型有機薄膜太陽電池の作製と光学、電子特性の評価

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有機薄膜太陽電池は低コスト低環境負荷の次世代太陽電池として期待されている。本研究では、有機薄膜太陽電池の高性能化の検討を行った。、p-n積層型はp型半導体とn型半導体を積層した構造になっており、光電変換層はp-n接合界面に形成される。p型半導体側には金などの高仕事関数金属を用いて半導体と電極をオーミックにする。一方のn型半導体側には、Alやインジウム(In)などの低仕事関数金属がオーミックを形成し電極として用いられる。透明電極として、Indium-tin-oxide (ITO)が現在使われているが、この電極ではn型有機半導体とショットキー障壁を形成してしまいn型半導体側電極としてもちいることができない。この手法では、透明電極はITOなのでITO側から光を入射する。したがって、一般的には[ITO/p型半導体/n型半導体/高仕事関数電極]でデバイスが形成される。しかしながら、n型有機半導体は酸素や水分に弱く、このデバイス構造ではn型半導体が大気に暴露されてしまい性能が落ちてしまう。この影響を防ぎかつn型半導体側から光を入射するため、n型半導体とオーミックになるInを径10nm程度のナノクリスタル化させ電極表面に分散した電極を開発した。ITOとInの間に有機層の表面を平滑化する導電性ポリマー[PEDOT : PSS]をはさみ、新規なナノクリスタル透明電極は[ITO/PEDOTPSS(30nm)/In(5nm)]となった。この電極を用いて[ナノクリスタル透明電極/n型半導体C60(10nm)/共蒸着層(20nm)/p型半導体亜鉛フタロシアニン(ZnPc)(20nm)/Au]の新規構造デバイスと従来からの[ITO/ZnPc(20nm)/共蒸着層(20nm)/C60(10nm)/Al]のデバイスの太陽電池特性を比較した。AM 1.5100mW/cm2で比較したところ、光電流値は2.5から3.9mA/cm2まで上昇し、形状因子も0.36から0.42まで向上した。最終的に変換効率は0.4から0.7%まで上がり、本研究で開発した新規のナノクリスタル透明電極により有機薄膜太陽電池の高性能化を達成した。