有機太陽電池のための高効率光閉じ込め技術の開発

有机太阳能电池高效光限制技术的开发

基本信息

批准号：
21K04825
负责人：
久保田繁
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2022年度の研究では、有機薄膜太陽電池デバイスの表面に多層反射防止膜を導入する際に、反射防止膜の各層の光学特性に加えて、発電層及び透明電極といった太陽電池本体の特性パラメータを同時に最適化する設計法について検討を行った。特性マトリクス法による光学解析を用いて、反射防止膜の特性のみを最適化した場合と、反射防止膜と太陽電池本体の特性を同時最適化した場合について、発電電流の変化を比較した。最適化プロセスでは、多重グリッド探索をグリッド間隔を変えながら繰り返すことで、探索の効率化を図った。解析の結果、透明電極の膜厚を反射防止多層膜と共に最適化することが性能を向上させる上で特に重要であり、顕著な効率向上に結び付くことが明らかとなった。さらに、サブ波長ナノ構造及び多層反射防止膜を接合したハイブリッド反射防止構造に加えて、通常より屈折率の高い高屈折率ガラス基板を使用した統合型有機太陽電池デバイスにおいて、光が斜めに入射した場合の多層反射防止膜の設計法に関する検討も行った。この研究では、入射角に対する光エネルギーの密度分布を想定して、この分布の下で発電電流の期待値を最大化する設計手法を試みた。発電効率の平均増加率を算出した結果、従来法と比較した場合の本手法の有効性を示すことができた。これらの成果は、有機薄膜太陽電池の光閉じ込め性能を様々な条件で向上させるための有用な技術的知見を数多く提供しており、本研究は順調に進展している。

2022年的研究中，在有机薄膜太阳能电池器件表面引入多层增透膜时，除了考察增透膜各层的光学性能外，我们还会同时考察以下特性参数：我们对太阳能电池本身，如发电层和透明电极的设计方法进行了优化。通过使用特征矩阵法的光学分析，我们比较了仅优化防反射膜的性能时和同时优化防反射膜和太阳能电池本体的性能时的发电电流的变化。在优化过程中，我们尝试通过改变网格间距的同时重复多次网格搜索来提高搜索效率。分析表明，优化透明电极和抗反射多层膜的厚度对于提高性能尤其重要，并能显着提高效率。此外，在使用折射率比通常更高的高折射率玻璃基板的集成有机太阳能电池器件中，除了结合亚波长纳米结构和多层抗反射涂层的混合抗反射结构之外，光是倾斜入射的。我们还研究了多层减反射膜的设计方法。在本研究中，我们假设了光能相对于入射角的密度分布，并尝试了一种设计方法，可以在该分布下最大化所产生的电流的期望值。通过计算发电效率的平均增长率，我们能够证明该方法与传统方法相比的有效性。这些成果为提高有机薄膜太阳能电池在各种条件下的光限制性能提供了丰富的有用技术知识，并且该研究正在稳步取得进展。