有機アミン／酸化亜鉛ナノコンポジットの合成と有機太陽電池への応用

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本研究室ではこれまでに、金属酸化物やアミノ化合物を用いた様々な電子捕集層や捕集電極を開発し、これらを用いた高耐久な素子の大気下作製に成功している。酸化亜鉛は電子捕集層として広く用いられているが、膜表面及び膜中に水酸基が存在しており、水酸基由来のエネルギー準位が光励起により生じた電子のトラップ準位となると考えられている。近年、アミノ化合物を酸化亜鉛に混ぜ込むことで水酸基由来のトラップが減少し、電荷モビリティや素子性能が向上したことが報告されている。そこで本研究では種々アミノ化合物を酸化亜鉛に混ぜ込んだナノ複合体膜を電子捕集層に用いることで、高性能かつ高耐久な素子の作製を試みた。洗浄済みのITO基板上に、sol-gel法により酸化亜鉛/アミンナノ複合体膜を製膜した。その後、有機発電層としてP3HT:PCBM、正孔捕集層としてPEDOT:PSSをスピンコート法により順に製膜し、正孔捕集極としてAuを真空蒸着した。最後に熱アニールを兼ねて被覆材の熱圧着を施すことで素子の完成とした。この素子に擬似太陽光(AM1.5G-100 mW cm-2)を照射しながら電流-電圧(I-V)曲線を測定し、性能評価を行った。白色光照射120分後における各素子の光電変換特性は、ZnOを電子捕集層に用いた素子のPCEは3.12 %であったが、PEI(B)を混ぜ込んだ素子ではJSC値の増加が見られ、PCEが1割程度増加した。BAPではJSC値や素子性能の向上は見られず、分子量が低分子であるためにナノ複合体膜中のBAPの残存率が低く、その結果BAPが十分に機能していないことが示唆された。また原子間力顕微鏡でZnO:PEI(B)ナノ複合体膜表面を観察したところ膜の表面形状の変化が観察され、これによる光閉じ込め効果が期待されこのことがJSC値の向上に大きく寄与していると考察した。