表面修飾したシリコン量子ドットの量子増感機能発現による高効率薄膜太陽電池の創製

通过表达表面修饰硅量子点的量子敏化功能创建高效薄膜太阳能电池

基本信息

批准号：
24651147
负责人：
山田憲二
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Kitakyushu National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2013-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-24651147/
关键词：
低温プラズマシリコン量子ドット表面修飾増感太陽電池 P3HT PCBM

项目摘要

従来の有機薄膜太陽電池では発電できない長波長光の利用が可能である表面修飾シリコン量子ドットをｐ型半導体/ｎ型半導体バルクヘテロ接合活性層に導入することにより、量子増感効果による有機薄膜太陽電池の光電変換効率が増大する可能性について検討し、以下の成果を得た。①低温プラズマ装置を用いてシリコンナノ粒子のアルゴンプラズマ処理により、プラズマ処理時間に伴って粒子径が減少することを確認し、ドット径制御の可能性を明らかにした。②窒素プラズマ処理により、プラズマ処理前にドット表面に形成していたSi-H基およびSi-OH基が消失し、SiN-H基が新たに形成することを明らかにした。③表面にSi-Cl基を形成させたシリコン量子ドット（ドット径：４～5nm）をP3HT/PCBM活性層に導入して薄膜X線回折測定を行った結果、シリコン量子ドットはP3HT及びPCBMの結晶化に対して不均一核として作用し、両者の結晶性を高めることを明らかにした。活性層をPEDOT・PSS正孔輸送層とTiOx電子輸送層で挟んだ太陽電池セルにおいて、シリコン量子ドット導入に伴い720nm付近のIPCE値が増加したことより、シリコン量子ドットの増感作用発現を確認できた。したがってP3HT/Si/PCBMにおいてエネルギーカスケードが形成され、シリコン量子ドットの光励起により生成した正孔・電子はそれぞれP3HT結晶相・PCBM結晶相に移動することが明らかになった。したがって、シリコン量子ドットはP3HT/PCBM界面に配置していると推測される。活性層の蛍光スペクトル（励起波長550nm）測定の結果より、シリコン量子ドット導入に起因してP3HT結晶相サイズが増加することで650nm付近の蛍光強度の増加をもたらし、P3HTの光励起により生成するエキシトンの中で発電に寄与できない割合が増加することを明らかにした。

通过将表面修饰的硅量子点引入可以利用传统的有机薄膜太阳能电池无法产生的长波长光线，将其带入P型半导体/N型半导体的活跃层中有机薄膜太阳能电池的光电转化效率将增加，并获得了以下结果。 1）通过使用低温等离子体设备对硅纳米颗粒的氩血浆处理来控制点直径的可能性，这证实了颗粒直径随血浆处理时间降低。 2）据透露，在血浆治疗通过氮血浆处理消失之前，在DOT表面形成的Si-H基团和Si-OH基团，形成了新的SIN-H组。在表面上形成的Si-CL组的siLicon量子点（点直径：4至5 nm）被引入p3HT/PCBM活性层和X射线衍射测量中，结果，结果表明，硅量量表起着非均匀核的抗元素的结晶而增强PCB的结晶剂，silicon量子点起作用。在太阳能电池中，将活动层夹在PEDOT和PSS孔传输层和Tiox电子传输层之间，随着硅量子点的引入，IPCE值大约720 nm，表明硅量子点的敏感性效果。因此，揭示了能量级联反应是在P3HT/SI/PCBM中形成的，并且通过硅量子点的光激发产生的孔和电子分别迁移到P3HT晶体相和PCBM晶体相。因此，假定硅量子点位于P3HT/PCBM接口。测量了活性层的荧光光谱（激发波长550 nm），并且发现由于引入硅量子点引起的P3HT的晶体相大小的增加导致荧光点的增加在650 nm左右的增加，而exoctons aixcitcitation a Excitons y Beation y of podecitiation contscitiation contscitiation的比例不可能促成P3HT的贡献。