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2012年11月13日 (火)

素子を作らなくとも有機薄膜太陽電池性能を予測診断する装置と手法を開発

平成24年11月12日
科学技術振興機構(JST)
大阪大学
 
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、大阪大学 大学院工学研究科
佐伯 昭紀 助教は、有機薄膜太陽電池
注1)素子を作製することなく、迅速に
性能を予測診断できる装置および手法を
開発しました。
 
 軽くて曲がる低価格な有機薄膜太陽電池
は、実用化に向けて世界中で研究が行われ
ています。
 
 太陽電池は光を電気に変えて電荷を輸送
する活性層と電流・電圧としてエネルギー
を取り出す電極などから構成されます。
 ところが、この性能を高めるには
新規材料開発に加えて、材料の混合比、
用いる溶媒と熱処理、活性層の厚み、
電極の種類の選択、さらには有機材料の
純度など、数多くのパラメーターを最適化
して試作を行わなければならず、高度な
装置と技術、時間が必要で性能向上の課題
となっていました。
 
 今回、デジタルカメラに使われている
キセノンフラッシュランプ注2)と
電子レンジで使われているマイクロ波
注3)に着目し、それらの技術を
組み合わせた測定装置を用いて、
有機薄膜太陽電池性能の迅速な評価法を
実現しました。
 
 具体的には、キセノンフラッシュランプ
による疑似太陽光・高強度短パルスを
有機薄膜太陽電池の活性層に照射すること
で、瞬間的に正負の電荷を生成させます。
 
 そこに、マイクロ波を照射して有機材料
を透過したマイクロ波の強度変化に
基づいて電荷の動きを高速に検出し、
光電変換特性を評価します。
 
 この評価法では、電極を設けることなく
太陽電池の基本構造である活性層フィルム
のみで、太陽電池性能の直接的指標となる
信号を得ることができ、最先端の有機薄膜
太陽電池高分子(ポリマー)材料注4)の
性能と相関していることが分かりました。
 
 本手法では、これまで評価が難しく
最適化が行われていない試作段階の材料
でも、迅速で安定な評価が可能になり、
評価時間も従来の5~8時間に比べて
その1/10以下になったため、有望な
材料の早期選別が可能です(図1)。
 
 今回開発された測定装置および評価法
が、今後、広く活用されることによって、
実用化に向けた高効率有機薄膜太陽電池の
開発をはじめ、太陽光を利用する光触媒
などの性能評価の予測診断が進み、
素子性能向上の加速が期待されます。
 
 本研究の要素技術はすでに日本を含む
世界5ヵ国・地域に特許出願され、
本研究成果は、アメリカ化学会誌
「Journal of the 
American Chemical 
Society」のオンライン速報版で
近日公開されます。
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>この評価法では、電極を設けることなく
>太陽電池の基本構造である
>活性層フィルムのみで、太陽電池性能の
>直接的指標となる信号を得ることができ、
>最先端の有機薄膜太陽電池高分子
>(ポリマー)材料注4)の性能と相関
>していることが分かりました。
>本手法では、これまで評価が難しく
>最適化が行われていない試作段階の材料
>でも、迅速で安定な評価が可能になり、
>評価時間も従来の5~8時間に比べて
>その1/10以下になったため、
>有望な材料の早期選別が可能です
 
>また、色素増感太陽電池や光触媒材料
>などの有機と無機の境界領域研究でも
>利用できるため、太陽光を利用する
>さまざまな分野にも応用することが
>可能です。
良いですね。
 
 期待したい。

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