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2012年3月 5日 (月)

有機薄膜太陽電池の劣化機構を分子レベルで解明

有機薄膜太陽電池の劣化機構を分子レベルで解明
-新解析手法による有機太陽電池の高効率化へ-

平成24年3月1日
科学技術振興機構(JST)
筑波大学

詳細は、リンクを参照して下さい。

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 JST 課題達成型基礎研究の一環として、
筑波大学 数理物質系の丸本 一弘 准教授
は、有機薄膜太陽電池注1)の高効率化に
つながる分子レベルの新しい解析手法を、
世界で初めて開発しました。

 有機薄膜太陽電池は、現在主流の
結晶シリコン系太陽電池よりも製造が簡単
で低コストな環境に優しい次世代太陽電池
として注目されていますが、変換効率が
低く(10%以下)、有機材料を用いる
ことから特性(光電変換効率や耐久性)の
劣化が大きな課題です。

 太陽電池の発電部を担う素子注2)の
内部構造の電荷の形成と蓄積は、特性に
悪い影響を与えるため、それを回避し
高特性素子を作製するために、素子中の
電荷のミクロな評価は不可欠です。

 しかし、これまでの研究手法では、
素子内部構造中の電荷状態や分子配向
などを精度良く観測することは不可能で、
そのため、素子を形成している積層の
どの分子層に構造欠陥があって劣化が
起こるのか、ということを精度良く
特定する方法はなく、太陽電池高効率化の
妨げとなっていました。

 今回、技術上の障害の多さのために、
太陽電池の計測には用いることは不可能
と考えられてきた電子スピン共鳴
(ESR法)注3)を用いて、太陽電池
内部の構造欠陥が起こる部位を測定
できる「ミクロな解析測定手法」の開発
に成功しました。

 この測定法の有利な点は、内部構造の
電荷状態や分子配向などを精度良く観察
できるところです。

 その新手法によって、素子の初期特性に
悪影響を与える電荷が、素子の正電荷
(正孔)取り出し層とベンゼン環が
連なったペンタセン層注4)との界面に
形成されることが分かり、その電荷形成の
原因を取り除くことで、素子特性の向上が
可能であるという分子レベルの観点からの
明確な指針が与えられました。

 本手法の確立によって、太陽電池素子
作製の初期段階で素子の潜在能力を検討
し、高効率化を目指せるデバイスを
取捨選択できるようになります。

 さらに、既存・新規の太陽電池素子
について、構造欠陥部位を分子レベルで
測定・解明し、改善を図ることで、
さらなる特性の向上および高効率化を
目指すことが可能となり、
有機薄膜太陽電池の発展に大きく寄与する
ことができます。

 この手法は、低コストで軽量な
有機薄膜太陽電池の実用化を加速し、
太陽光発電の普及による環境エネルギー
問題にも貢献すると期待されます。

 ESRは、有機トランジスタ注5)の
高特性化でも実績があり、今後は、
有機EL注6)や燃料電池、有機メモリー
などにも応用することで、幅広い
有機デバイスの開発にも役立つものと
考えられます。

 研究成果は、2012年3月1日
(ドイツ時間正午)に独国科学雑誌
「Advanced Energy
Materials」のオンライン
速報版で公開されます。
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なかなか良さそうですね。

有機薄膜太陽電池開発のみならず、
>有機ELや燃料電池、有機メモリーなどに
>応用することで、幅広い有機デバイスの
>開発にも役立つものと考えられます。
とのことで期待できそうです。

有機薄膜太陽電池は安価な太陽電池として
期待されていますが、特性の劣化が問題と
なってきました。それを解決できる可能性
が出て来たということですね。

過去の関連記事です。
高変換効率の有機薄膜太陽電池の
設計に道を拓く

2011年9月20日
参考まで。

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