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

纳米晶分散有机薄膜太阳能电池的制备及其光学和电子性能评价

• 批准号: 04J02683
• 负责人: 當摩 哲也
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J02683/
• 关键词: 有機薄膜太陽電池; ナノクリスタル; インジウム; 透明電極

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。

有机薄膜太阳能电池有望成为下一代太阳能电池，其成本低，环境影响较低。在这项研究中，我们研究了有机薄膜太阳能电池的改善。 P-N堆叠类型具有一个结构，其中P型半导体和N型半导体被堆叠，并在P-N结界面形成光电转换层。在P型半导体侧，使用高功函数金属（例如黄金）使半导体和电极欧姆。在N型半导体侧，低功函数金属（例如Al和insium（In）形式）欧姆，用作电极。当前使用吲哚锡氧化物（ITO）用作透明电极，但是该电极形成N型有机半导体和Schottky屏障，因此无法用作N型半导体侧电极。在此技术中，由于透明电极是ITO，因此光从ITO侧入射。因此，设备通常由[ITO/P型半导体/N型半导体/高工作功能电极]形成。但是，N型有机半导体对氧气和水分敏感，在这种设备结构中，N型半导体暴露于大气中，导致性能差。为了防止这种效果，为了使光从N型半导体侧进入，我们开发了一个电极，其中将其变成N型半导体，将其变成欧姆，转化为纳米晶体，直径约为10 nm，并分散在电极表面上。密封的ITO和IN之间的有机层表面平滑的导电聚合物[PEDOT：PSS]已密封，而新型的纳米晶体透明电极为[ITO/PEDOTPSS（30nm）/in（5nm）]。使用该电极，我们比较了[纳米晶体透明电气/n型半导体C60（10NM）/共蒸发层（20NM）/P-Type半导体半导体半导体锌含量锌酸（ZNPC）（ZNPC）（ZNPC）/AU]和vancection livess/divention and in [ZNPC）/divice and and the Concient and IT [ （20nm）/共蒸发层（20nm）/c60（10nm）/al]。与AM 1.5100MW/CM2相比，光电流值从2.5增加到3.9mA/cm2，形状因子从0.36增加到0.42。最后，转化效率从0.4增至0.7％，这项研究中开发的新纳米晶透明电极可实现有机薄膜太阳能电池的高性能。