課題番号 ：S-16-OS-0002
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：有機無機太陽電池材料の設計・合成・評価
Program Title (English) ：Design, Synthesis ,and Evaluation of Organic/Inorganic Solar Cells
利用者名（日本語） ：西久保綾佑, 長澤慎司, 石田直輝, 嶋田佳幾, 井出茉里奈,　佐伯昭紀
Username (English) ：R. Nishikubo, S. Nagasawa, N. Ishida, Y. Shimata, M. Ide, A.Saeki
所属名（日本語） ：大阪大学大学院, 工学研究科, 応用化学専攻
Affiliation (English) ：Dep. of Applied Chemistry, Grad. School of Engineering, Osaka University

１．概要（Summary）
有機・有機無機ハイブリッド太陽電池の性能向上には、新たな材料の開発と適切な素子構造を構築が必要不可欠である。特に、活性層を構成する材料の価電子帯や最高占有分子軌道（HOMO）は、素子性能（開放電圧）を決める重要な因子であるため、イオン化ポテンシャル（IP）を正確に知ることが必要である。そこで、IP測定装置を用いて薄膜のHOMO準位を評価した。得られたHOMO準位を適切なデバイス設計や材料開発にフィードバックすることで、変換効率の向上を目指した。

２．実験（Experimental）
【利用した主な装置】
イオン化ポテンシャル測定装置
【実験方法】
適切なサイズにカットしたITO/Glass基板上に高分子や有機無機ハイブリッド材料を塗布し、イオン化ポテンシャル測定装置チャンバー内にセットして真空下にて4～7 eVのエネルギー範囲で光電子収量を評価した。その後、バックグラウンド補正と線形フィッテイングよりIPを求めた。

３．結果と考察（Results and Discussion）
有機薄膜太陽電池の場合、得られる開放電圧はp型材料のHOMO準位とn型材料（主としてフラーレン誘導体）のLUMO準位の差に比例する（図1a）。典型的なp型半導体である立体規則性ポリ(3-ヘキシルチオフェン)：P3HT薄膜で得られた光電子収量スペクトルを図1bに示す。この交点より、HOMOは-4.92 eVと見積もられ、これまで同様の手法で報告されている値とよい一致を示した。続いて、各種新規高分子や有機無機材料のイオン化ポテンシャルを評価し、素子性能との比較を行った。

４．その他・特記事項（Others）
・科学研究費補助金　基盤研究（A）H28～31年度　代表者：佐伯昭紀“非鉛ペロブスカイト太陽電池の探究と基礎物性の包括的解明” JP16H02285

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Y. Shimata, M. Ide, M. Tashiro, M. Katouda, Y. Imamura, and A. Saeki, J. Phys. Chem. C 120 (2016) 17887-17897.
(2) N. Ishida, A. Wakamiya, and A. Saeki, ACS Photonics 3 (2016) 1678-1688.
(3) T. Ghosh, A. Gopal, S. Nagasawa, N. Mohan, A. Saeki, and V. C. Nair, ACS Appl. Mater. Interfaces 8 (2016) 25396-25404.
(4) M. Kumano, M. Ide, N. Seiki, Y. Shoji, T. Fukushima, and A. Saeki, J. Mater. Chem. A 4 (2016) 18490-18498.

６．関連特許（Patent）
なし