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。

在2022年的研究中，当将多层抗反射膜引入有机薄膜太阳能电池设备的表面时，我们研究了一种设计方法，该方法同时优化了抗反射膜的每个层的光学特性，以及阳性细胞体的特征性参数以及诸如发电层的特征参数，例如透明层和跨副本电子。使用使用特征矩阵方法的光学分析，在优化抗反射膜的性质和抗荧光膜和太阳能电池体的特性同时优化时，比较了生成电流的变化。在优化过程中，在更改网格间隔以提高搜索效率时重复多次网格搜索。分析表明，优化透明电极的膜厚度以及抗反射多层膜在改善性能方面尤为重要，从而显着提高了效率。此外，除了杂交抗反射结构外，将亚波长纳米结构和多层反射涂层连接在一起，一种使用高质量固定玻璃与更高的逆转制式的综合有机太阳能设备中的角度出现的多层抗触发涂层时，可以设计多层抗反射涂层。在这项研究中，我们尝试了一种设计方法，以最大化该分布下生成的电流的预期值，假设光能的密度分布相对于入射角的密度分布。计算了发电效率的平均增加速率，与常规方法相比，可以证明该方法的有效性。这些结果提供了大量有用的技术知识，可在各种条件下改善有机薄膜太阳能电池的光限制性能，这项研究正在稳步发展。