共蒸着有機薄膜の結晶配向制御による有機薄膜太陽電池の高効率化

通过控制共沉积有机薄膜的晶体取向来提高有机薄膜太阳能电池的效率

• 批准号: 17760246
• 负责人: 櫻井 岳暁
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760246/
• 关键词: 太陽電池; 有機半導体; 配向制御; X線回折; フタロシアニン; ペンタセン; 有機薄膜太陽電池

本研究は、有機薄膜太陽電池における構成分子の配向制御法を確立し高効率化することを目指している。これは、有機分子のもつ異方的な電子物性を、配向のコントロールにより制御することを目的としている。我々は前年度までに、ターゲットとなるH_2Pc分子の分子配向が、ごく薄いPTCDA配向層の挿入により変化することを見出している。また、複雑なH_2Pc:PTCDA共蒸着薄膜ならびに多層太陽電池構造(H_2Pc-H_2Pc:PTCDA/PTCDA,すなわちp-i-n構造)に関しても、この原理を応用すると分子配向を制御可能であることを見出した。そこで、本年度は分子配向を制御した太陽電池の作製を試み、その特性評価を行った。まず、我々は基準となる太陽電池構造(ITO/PEDOT:PSS/H_2Pc/H_2Pc:C_<60>(共蒸着)/C_<60>/BCP/Ag)を作製し、世界でも数例(低分子系)しか報告のないエネルギー変換効率3.4%(AM1.5照射時)を達成した。続いて、上記の太陽電池構造のPEDOT : PSS/H_2Pc界面にPTCDA層を挿入し、H_2Pcの配向を制御した太陽電池(ITO/PEDOT : PSS/PTCDA/H_2Pc/H_2Pc:C_<60>/C_<60>/BCP/Ag)を作製したところ、エネルギー変換効率(特に開放起電圧)の低下が激しく起こった。これは、PTCDAが電子輸送性材料であるため、PEDOT : PSS/H_2Pc界面にキャリア(正孔)輸送障壁が形成されたものと考えられる。そこで、正孔輸送性の配向制御層の探索を行った結果、ペンタセン層が有効であることを見出した。現在、これを用いた太陽電池(ITO/pentacene/H_2Pc/H_2Pc:C_<60>/C_<60>/BCP/Ag)はエネルギー変換効率1%程度しか示していないが、PTCDAを用いたデバイスで観測された開放起電圧の低下を抑えられるようになった。

本研究旨在建立一种控制有机薄膜太阳能电池中组成分子取向的方法并提高其效率。这样做的目的是通过控制有机分子的取向来控制有机分子的各向异性电子特性。去年，我们发现通过插入非常薄的PTCDA取向层可以改变目标H_2Pc分子的分子取向。我们还发现，应用这一原理可以控制复杂的H_2Pc:PTCDA共沉积薄膜和多层太阳能电池结构（H_2Pc-H_2Pc:PTCDA/PTCDA，即p-i-n结构）的分子取向。因此，今年，我们尝试制造一种分子取向受控的太阳能电池，并评估其特性。首先，我们创建了标准太阳能电池结构（ITO/PEDOT:PSS/H_2Pc/H_2Pc:C_<60>（共沉积）/C_<60>/BCP/Ag），这是世界上为数不多的示例之一（低分子量我们已经实现了3.4％的能量转换效率（当用AM1.5照射时），这只是报道（系统）。接下来，在上述太阳能电池结构的PEDOT：PSS/H_2Pc界面中插入PTCDA层以控制H_2Pc的取向（ITO/PEDOT：PSS/PTCDA/H_2Pc/H_2Pc：C_<60>/C_<60>/ BCP/Ag)，能量转换效率(特别是开路电动势)急剧下降。这被认为是由于 PTCDA 是一种电子传输材料，因此在 PEDOT:PSS/H_2Pc 界面处形成了载流子（空穴）传输势垒。因此，我们寻找具有空穴传输特性的取向控制层，并发现并五苯层是有效的。目前，使用这种（ITO/并五苯/H_2Pc/H_2Pc:C_<60>/C_<60>/BCP/Ag）的太阳能电池的能量转换效率仅为1%左右，但使用PTCDA的器件观察到开路电压下降现在可以抑制电路电动势。

项目成果

Electronic Structure of Bathocuproine on Metal Studied by Ultraviolet Photoemission Spectroscopy

• DOI: 10.1143/jjap.46.2692
• 发表时间: 2006-09
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: S. Toyoshima;Kazuhisa Kuwabara;T. Sakurai;T. Taima;K. Saito;H. Kato;K. Akimoto

有機半導体分子の配向制御方法及び有機薄膜太陽電池

有机半导体分子取向控制方法及有机薄膜太阳能电池

• 发表时间: 2005

Growth Process of Phthalocyanine Films Deposited on 3,4,9,10-Perylene Tetracarboxylic Dianhydride Template Layers

3,4,9,10-苝四甲酸二酐模板层上酞菁薄膜的生长过程

• 发表时间: 2006
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 45・1A
• 作者: T.Sakurai;R.Fukasawa;K.Akimoto
• 通讯作者: K.Akimoto

Structural and Optical Properties of Phthalocyanine Thin Films Grown on Glass with 3,4,9,10-Perylene Tetracarboxylic Dianhydride Intermediate Layer

具有 3,4,9,10-苝四甲酸二酐中间层的玻璃上生长的酞菁薄膜的结构和光学性能

• 发表时间: 2006
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 45・1B
• 作者: T.Sakurai;R.Fukasawa;S.Kawai;K.Akimoto
• 通讯作者: K.Akimoto