分子配列制御によるフタロシアニン薄膜太陽電池の高機能化

通过控制分子排列提高酞菁薄膜太阳能电池的功能

• 批准号: 05650015
• 负责人: 上田 裕清
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05650015/
• 关键词: フタロシアニン; 分子配列制御; 薄膜太陽電池

結晶成長や分子配向を制御した膜構造の異なるフタロシアニン薄膜光電池を作製し、その光電気特性と配向構造の関係について検討した。ITOガラス上に蒸着したチタニルフタロシアニン(TiOPc)、アルミクロロフタロシアニン(AlPcCl)およびフッソ化バナジルフタロシアニン(VOPcFx:x=13)膜は、多結晶膜から形成されていた。150℃に保った各種アルカリハライド上に蒸着したこれら3種のフタロシアニン膜は矩形結晶から形成され、下地結晶の周期構造に依存したエピタキシャル構造をとって配向成長した。ITO上に蒸着した多結晶膜とアルカリハライド上で作製した配向膜を電極とした湿式電池(ITO/Pc/0.5mMI_2,0.1M KI/Pt)を作製し、暗時および光照射時の電流-電圧特性から電池の性能を評価した。TiOPcおよびAlPcCl膜を用いた電池では、光照射時にカソーデックな光電流が認められTiOPcおよびAlPcCl薄膜はp型の半導体特性を示した。一方、VOPcFx膜を用いた電池では、光照射時にアノーデックな光電流が認められVOPcFx薄膜はn型の半導体特性を示した。光照射によるキャリアーの生成機構を光電流アクションスペクトルから検討した。無配向膜では溶液側から光照射した光電流アクションスペクトルは、膜の光吸収スペクトルと類似しているが、ITO側から光照射したときには約1/3の電流が得られるのみであった。即ち、TiOPcと溶液との界面がキャリアの光生成の活性領域であることが明かとなった。一方、配向膜ではいずれの側から光照射しても光電流アクションスペクトルと膜の吸収スペクトルは類似し、さらにITO側から光照射したときの方が大きな光電流が得られた。矩形結晶から形成される配向膜では結晶間の隙間を通じて溶液がITO近傍まで進入し、ITO近傍のTiOPcと溶液界面で生成したキャリアが光電流に有効に寄与することが明かとなった。配向膜を用いた湿式電池の性能パラメータの値は、いずれも無配向膜と比較して増大し、特に入射光強度に対する変換効率(η)は、TiOPc膜で6倍、AlPcCl膜で7倍、VoPcFx膜では300倍と著しく向上し、分子配向の顕著な効果を示した。

我们制备了具有不同薄膜结构的酞菁薄膜光伏电池来控制晶体生长和分子取向，并研究了它们的光电性能和取向结构之间的关系。沉积在 ITO 玻璃上的钛氧基酞菁 (TiOPc)、铝氯酞菁 (AlPcCl) 和氟化氧钒酞菁 (VOPcFx:x=13) 薄膜由多晶薄膜形成。这三种类型的酞菁膜沉积在保持在150℃的各种碱金属卤化物上，由矩形晶体形成，并根据下面晶体的周期结构以外延结构定向生长。我们使用沉积在ITO上的多晶膜和在碱卤化物上制作的取向膜作为电极，制作了湿电池（ITO/Pc/0.5mMI_2,0.1M KI/Pt），并测量了黑暗中和光照期间的电流。根据电压特性评价性能。在使用TiOPc和AlPcCl薄膜的电池中，在光照射期间观察到阴极光电流，并且TiOPc和AlPcCl薄膜表现出p型半导体特性。另一方面，在使用VOPcFx膜的电池中，在光照射期间观察到阳极光电流，并且VOPcFx薄膜表现出n型半导体特性。从光电流作用光谱研究了光照射产生载流子的机理。对于非取向薄膜，溶液侧光照射时的光电流作用光谱与薄膜的光吸收光谱相似，但仅获得ITO侧光照射时的1/3左右的电流。换句话说，表明TiOPc和溶液之间的界面是载流子光生的活性区域。另一方面，对于取向膜，无论从哪一侧照射光，膜的光电流作用光谱和吸收光谱都相似，并且当从ITO侧照射光时获得更大的光电流。结果表明，在由矩形晶体形成的取向膜中，溶液通过晶体之间的间隙进入ITO附近，并且在TiOPc与ITO附近的溶液之间的界面处产生的载流子有效地有助于光电流。使用取向薄膜的湿电池的性能参数值均较非取向薄膜有所提高，特别是入射光强度的转换效率（η）为TiOPc薄膜的6倍，为AlPcCl薄膜的7倍， VoPcFx薄膜表现出300倍的显着提升，表明分子取向效果显着。

项目成果

上田裕清.柳久雄.芦田道夫: "真空蒸着法による有機分子の配列制御と膜の高機能化" 表面. 31. 758-769 (1993)

Hirokiyo Ueda、Hisao Yanagi、Michio Ashida：“通过真空蒸发控制有机分子的排列并改善薄膜的功能”Surface。31. 758-769 (1993)