有機ナノ相分離構造の作製と相互浸透型薄膜太陽電池への応用に関する研究

有机纳米相分离结构的制备及其在互穿薄膜太阳能电池中的应用研究

• 批准号: 10J00563
• 负责人: 堀 哲郎
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J00563/
• 关键词: 有機薄膜太陽電池; ナノ相分離構造; 有機半導体; ウェットプロセス; 相互浸透構造; バルクヘテロ接合; フタロシアニン; フタロシアニン誘導体; バルクヘテロ構造

アクセプタ分子のフラーレン薄膜とドナー分子の導電性高分子を用いた有機ナノ相分離構造を有する相互浸透構造は、有機薄膜太陽電池の理想的な構造として注目を浴びている。有機薄膜太陽電池の光電変換特性向上のためには、活性層構造、すなわちドナー一アクセプタミクロ相分離構造の精密な制御が重要である。ミクロ相分離構造の形状は、電荷生成や電荷輸送の過程で重要な役割を担い、エネルギー変換効率に大きく影響を与える。有機薄膜太陽電池のドナー-アクセプタ界面の構造を精密に制御するためには、界面構造の精密な解析手法が重要である。しかしながら、ドナー分子とアクセプタ分子が三次元的に入り組む相互浸透構造を解析する手法は確立されていない。そこで、相互浸透型有機薄膜太陽電池の活性層における深さ方向の組成分析を、X線光電子分光法によって行い、活性層構造解析した。結果として、相互浸透構造は数10から100nm幅のナノロッド形状のフラーレンと、10-50nm程度のナノレベルの凹凸による入り組んだドナー-アクセプタ界面を有することを見出した。すなわち、積層構造を維持しながら、かつ3次元的に入り組んだドナー-アクセプタ界面を有するミクロ相分離構造であることを明らかにした。この結果は、学術雑誌Thin Solid Filmsに投稿した。また、可溶性と液晶性を有するフタロシアニン誘導体を用い、ドナー分子とアクセプタ分子のナノレベルな相分離構造を種々の製膜有機溶媒を用いて作製し、その有機薄膜太陽電池応用、及び光電変換特性について検討及び評価を行った。結果として、製膜溶媒としてトルエンを用いた時に、フタロシアニン誘導体の結晶子サイズが励起子拡散長と同程度の大きさに制御できることを明らかにした。太陽電池素子の曲線因子が0.4から0.5まで向上し、高いエネルギー変換効率3.4%を達成した。この結果は、学術雑誌Japanese Jburnal of Applied Physicsにて報告した。

The interpenetration structure of the organic nano-phase separation structure in which the thin film of access molecules and the conductive polymer of dename molecules are used together makes it an ideal structure for organic thin film solar cells and attracts much attention. The photoelectric conversion characteristics of organic thin film solar cells are important for the precise control of active layer structure and phase separation structure. The shape of the phase separation structure, the process of charge generation and charge transport, the important role of the phase separation structure, and the large influence of the conversion efficiency of the charge generation structure. The structure of organic thin film solar cells is precisely controlled, and the precise analysis method of interface structure is very important. The method of analyzing the structure of mutual penetration of molecules into three-dimensional molecules is established. Composition analysis of active layer in depth direction of interpenetrating organic thin film solar cells, X-ray photoelectron spectroscopy, active layer structure analysis. As a result, the number of interpenetrating structures is 10 - 100nm, the number of interpenetrating structures is 10-50nm, and the number of interpenetrating structures is 10-50nm. A three-dimensional layered structure is maintained. This result was submitted to the academic journal Thin Solid Films. The research and evaluation of organic solvents for film formation, application of organic thin film solar cells, and photoelectric conversion characteristics were carried out. The results show that the solvent used in the film formation can be used to induce the crystallization of the film. The curve factor of solar cell elements is between 0.4 and 0.5, and the high conversion efficiency of 3.4% has been achieved. Japanese Journal of Applied Physics

项目成果

Bulk heterojunction organic solar cells utilizing 1,4,8,11,15,18,22,25-octahexylphthalocyanine

• DOI: 10.1016/j.solmat.2011.06.039
• 发表时间: 2011-11
• 期刊: Solar Energy Materials and Solar Cells
• 影响因子: 6.9
• 作者: Tetsuro Hori;Naoki Fukuoka;T. Masuda;Miyake Yasuo;H. Yoshida;A. Fujii;Y. Shimizu;M. Ozaki

Fabrication of ZnO Nanopillars and Their Application to Organic Photovoltaic Cells Based on Conducting Polymer and Fullerene

基于导电聚合物和富勒烯的ZnO纳米柱的制备及其在有机光伏电池中的应用

• 发表时间: 2010
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Atsuki MATSUBARA;Yusuke WADA;Eiichiro FUKUSAKI;Takeshi BAMBA;Hiroki Moritou
• 通讯作者: Hiroki Moritou

High efficient solution processable bulk heterojunction solar cells based on mesogenic phthalocyanine

基于介晶酞菁的高效溶液加工本体异质结太阳能电池

• 发表时间: 2012
• 作者: Kei-ichiro Arimoto;Kenji Funami;Yasushi Saeki;Keiji Tanaka;Katsuya Okawa;Osamu Takeuchi;Shizuo Akira;Yoshiki Murakami;Kunitada Shimotohno.;柿倉泰明;堀哲郎;Tetsuro Hori;Yasuaki Kakikura;堀哲郎;増田哲也;柿倉泰明;柿倉泰明;Quang Duy Dao
• 通讯作者: Quang Duy Dao

Influence on the carrier transport properties for the addition of polyhexylthiophene into the binary blends of a non-peripheral phthalocyanine liquid crystal and PCBM

非外围酞菁液晶与PCBM二元共混物中添加聚己基噻吩对载流子传输性能的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: Kei-ichiro Arimoto;Kenji Funami;Yasushi Saeki;Keiji Tanaka;Katsuya Okawa;Osamu Takeuchi;Shizuo Akira;Yoshiki Murakami;Kunitada Shimotohno.;柿倉泰明;堀哲郎;Tetsuro Hori;Yasuaki Kakikura;堀哲郎;増田哲也;柿倉泰明;柿倉泰明;Quang Duy Dao;柿倉泰明;Quang Duy Dao;柿倉泰明;Kaoru Fukumura;堀哲郎;福村薫;増田哲也;ネケルソン ファビアン;Tetsuro Hori;Akihiko Fujii;Quang Duy Dao;Fabien Nekelson
• 通讯作者: Fabien Nekelson

共役高分子バルクヘテロ型有機薄膜太陽電池における液晶性フタロシアニンドーピング効果

共轭聚合物本体异质有机薄膜太阳能电池中的液晶酞菁掺杂效应

• 发表时间: 2012
• 作者: Kei-ichiro Arimoto;Kenji Funami;Yasushi Saeki;Keiji Tanaka;Katsuya Okawa;Osamu Takeuchi;Shizuo Akira;Yoshiki Murakami;Kunitada Shimotohno.;柿倉泰明;堀哲郎;Tetsuro Hori;Yasuaki Kakikura;堀哲郎;増田哲也;柿倉泰明;柿倉泰明;Quang Duy Dao;柿倉泰明;Quang Duy Dao;柿倉泰明;Kaoru Fukumura;堀哲郎;福村薫;増田哲也;ネケルソン ファビアン;Tetsuro Hori;Akihiko Fujii;Quang Duy Dao;Fabien Nekelson;堀哲郎;清水洋;増田哲也
• 通讯作者: 増田哲也