共蒸着有機薄膜の結晶配向制御による有機薄膜太陽電池の高効率化

通过控制共沉积有机薄膜的晶体取向来提高有机薄膜太阳能电池的效率

• 批准号: 17760246
• 负责人: 櫻井 岳暁
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760246/
• 关键词: 太陽電池; 有機半導体; 配向制御; X線回折; フタロシアニン; ペンタセン; 有機薄膜太陽電池

本研究は、有機薄膜太陽電池における構成分子の配向制御法を確立し高効率化することを目指している。これは、有機分子のもつ異方的な電子物性を、配向のコントロールにより制御することを目的としている。我々は前年度までに、ターゲットとなるH_2Pc分子の分子配向が、ごく薄いPTCDA配向層の挿入により変化することを見出している。また、複雑なH_2Pc:PTCDA共蒸着薄膜ならびに多層太陽電池構造(H_2Pc-H_2Pc:PTCDA/PTCDA,すなわちp-i-n構造)に関しても、この原理を応用すると分子配向を制御可能であることを見出した。そこで、本年度は分子配向を制御した太陽電池の作製を試み、その特性評価を行った。まず、我々は基準となる太陽電池構造(ITO/PEDOT:PSS/H_2Pc/H_2Pc:C_<60>(共蒸着)/C_<60>/BCP/Ag)を作製し、世界でも数例(低分子系)しか報告のないエネルギー変換効率3.4%(AM1.5照射時)を達成した。続いて、上記の太陽電池構造のPEDOT : PSS/H_2Pc界面にPTCDA層を挿入し、H_2Pcの配向を制御した太陽電池(ITO/PEDOT : PSS/PTCDA/H_2Pc/H_2Pc:C_<60>/C_<60>/BCP/Ag)を作製したところ、エネルギー変換効率(特に開放起電圧)の低下が激しく起こった。これは、PTCDAが電子輸送性材料であるため、PEDOT : PSS/H_2Pc界面にキャリア(正孔)輸送障壁が形成されたものと考えられる。そこで、正孔輸送性の配向制御層の探索を行った結果、ペンタセン層が有効であることを見出した。現在、これを用いた太陽電池(ITO/pentacene/H_2Pc/H_2Pc:C_<60>/C_<60>/BCP/Ag)はエネルギー変換効率1%程度しか示していないが、PTCDAを用いたデバイスで観測された開放起電圧の低下を抑えられるようになった。

In this study, the alignment control method of constituent molecules in organic thin film solar cells was established and the high efficiency was pointed out. The electronic properties and alignment of organic molecules in different directions are discussed. The molecular alignment of H_2Pc molecules in the past few years has been studied. Also, complex H_2Pc:PTCDA co-evaporated thin film and multi-layer solar cell structures (H_2Pc-H_2Pc:PTCDA/PTCDA, Suwanchi p-i-n structure) are relevant. It has been shown that this principle can be applied and it is possible to control molecular alignment. This year, the molecular alignment control system of solar cells was tested and the characteristics were evaluated. In this paper, we report that the conversion rate of solar cell structure (ITO/PEDOT:PSS/H_2Pc/H_2Pc:C_<60>(co-evaporation)/C_ (<60>co-evaporation)/Ag) is 3.4%(AM1.5 irradiation). In addition, the structure of solar cells mentioned above is characterized by the low excitation rate (especially the open voltage) of solar cells (ITO/PEDOT: PSS/PTCDA/H_2Pc/H_2Pc:C<60>/C<60>/BCP/Ag) due to the incorporation of PTCDA layer and the alignment control of H_2Pc layer at the interface of PSS/H_2Pc. PTCDA is an electron transport material. PEDOT : PSS/H_2Pc interface is a transport barrier. The results of the exploration of the alignment control layer of the positive hole transport property are as follows: Now, the solar cell (ITO/pentacene/H_2Pc/H_2Pc:C_<60>/C_<60>/BCP/Ag) has a conversion efficiency of 1% and PTCDA has been used to measure the open voltage drop.

项目成果

Electronic Structure of Bathocuproine on Metal Studied by Ultraviolet Photoemission Spectroscopy

• DOI: 10.1143/jjap.46.2692
• 发表时间: 2006-09
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: S. Toyoshima;Kazuhisa Kuwabara;T. Sakurai;T. Taima;K. Saito;H. Kato;K. Akimoto

Ellipsometric study of an organic template effect : H2Pc/PTCDA

有机模板效应的椭偏研究：H2Pc/PTCDA

• 发表时间: 2006
• 作者: O. Gordan;T. Sakurai;M. Friedrich;K. Akimoto;D. Zahn
• 通讯作者: D. Zahn

有機半導体分子の配向制御方法及び有機薄膜太陽電池

有机半导体分子取向控制方法及有机薄膜太阳能电池

• 发表时间: 2005

Growth Process of Phthalocyanine Films Deposited on 3,4,9,10-Perylene Tetracarboxylic Dianhydride Template Layers

3,4,9,10-苝四甲酸二酐模板层上酞菁薄膜的生长过程

• 发表时间: 2006
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 45・1A
• 作者: T.Sakurai;R.Fukasawa;K.Akimoto
• 通讯作者: K.Akimoto

Structural and Optical Properties of Phthalocyanine Thin Films Grown on Glass with 3,4,9,10-Perylene Tetracarboxylic Dianhydride Intermediate Layer

具有 3,4,9,10-苝四甲酸二酐中间层的玻璃上生长的酞菁薄膜的结构和光学性能

• 发表时间: 2006
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 45・1B
• 作者: T.Sakurai;R.Fukasawa;S.Kawai;K.Akimoto
• 通讯作者: K.Akimoto