プラズモニックナノ構造を用いる高効率太陽電池の開発

点击翻译按钮获取中文摘要

(1)ナノ粒子の合成 : 還元剤としてジエチレングリコール、表面保護材としてポリビニルピロリドン(PVP)を用い、反応条件を制御することで目的とする形状(ナノスフェアとナノキューブ)の銀ナノ粒子を作製した。透過電子顕微鏡観察などで生成を確認した。(2)銀ナノ粒子を導入した有機太陽電池の作製 : 透明電極に電荷輸送高分子の薄膜をスピンコート法で作製した後、ポリチオフェン(P3HT)とフラーレン(PCBM層)の混合薄膜をスピンコート法で作製した。その上に対極としての金を蒸着して二極式の太陽電池を作製した。銀ナノ粒子の導入について二通りの方法を検討した。すなわち、P3HTとPCBMの混合溶液にPVPで被覆した銀ナノ粒子を加えて混合した溶液をスピンコートすることにより、銀ナノ粒子がP3HT : PCBM層内に導入された構造の太陽電池を作製した。一方、電荷輸送高分子と銀ナノ粒子の混合溶液をITO電極にスピンコートすることにより、PEDOT : PSS層内に銀ナノ粒子が導入された太陽電池を作製した。(3)物性評価 : 作製した太陽電池について、吸収、蛍光、光電流、起電力を比較検討した。銀ナノ粒子が不在の場合のP3HTの蛍光寿命は0,505nsで文献値とほぼ一致した。銀ナノキューブの導入量を増やしてゆくと、蛍光寿命は短くなり、銀ナノキューブのプラズモン電場とP3HTのエキシトンとのカップリングが増えてくることが示唆された。すなわち、光電流強度に銀ナノキューブとP3HTとの間でのエネルギー移動が影響することを見出した。光電池特性においても、色素励起の励起効率と対応する性能特性を示した。銀ナノキューブをPEDOT : PSS層に導入した場合には、光電流の増強度は400～600nmであまり変化しなかった。銀ナノスフェアと銀ナノキューブについて光電池特性を比較検討した結果、銀ナノキューブの導入により電流値の増強が顕著で、電荷輸送がスムーズに行われることが明らかとなった。