課題番号 ：S-14-NR-0028
利用形態 ：共同研究
利用課題名（日本語） ：革新的塗布型材料による有機薄膜太陽電池の構築
Program Title (English) ：Construction of organic thin-film solar cells with innovative solution-processible organic materials
利用者名（日本語） ： 中山　健一
Username (English) ：Ken-ichi Nakayama
所属名（日本語） ：山形大学大学院理工学研究科
Affiliation (English) ：Graduate School of Science and Engineering, Yamagata University

１．概要（Summary）
有機薄膜太陽電池では、現在、ドナーとアクセプタがランダムに混合したバルクヘテロ構造が主流であるが、さらなる高性能化のためにはより制御された薄膜構造の素子が必要となる。奈良先端大の山田容子教授の研究室で合成された光前駆体材料は、塗布成膜後に光照射によって不溶化できることから、これを用いて「塗布積層pin型有機薄膜太陽電池」の開発を行っている。積層構造で各層の機能を独立に最適化することにより、従来のバルクヘテロ型太陽電池よりも高い性能が実現できる新しい太陽電池の創出を目指している。今年度は、特にi層に用いる光前駆体材料の新規合成、デバイス開発を行い、4%に迫るエネルギー変換効率を実現することに成功した。

２．実験（Experimental）
利用装置：質量分析装置
X線解析装置群
500MHｚ　超伝導NMR
合成した新規材料について、質量分析やNMRにより化合物の構造を、X線解析装置により結晶構造を同定した。ITO基板上に導電性ポリマーであるPEDOT:PSSを塗布後、光前駆体材料をスピンコートしLED光照射により光変換反応を行った。負極としてCa/Alを真空蒸着によって成膜し、薄膜太陽電池デバイスを作製した。AM1.5G擬似太陽光下で太陽電池性能の測定を行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）
図１に、山田グループで新たに合成された光前駆体材料AtTDpEHを用いた塗布pin型デバイスの性能を示す。従来通りp層にはジチエニルアントラセン、n層にはPC71BMを用いている。これまで最も高性能であったEH-DBTAを用いた場合に比べて、吸収が大幅に長波長側に伸び、エネルギー変換効率は最大で3.92%まで向上した。今回新たに開発したいずれの材料においても、バルクヘテロ型素子よりもpin型素子の方が高い性能を示しており、塗布積層型pin素子の有用性を実証することができた。

図１. 光変換材料の分子構造と、塗布積層pin型太陽電池の分光感度曲線

４．その他・特記事項（Others）
なし
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Y. Yamaguchi, M. Suzuki, T. Motoyama, S. Sugii, C. Katagiri, T.Katsuya, S. Ikeda, H. Yamada, and K. Nakayama, Photoprecursor approach as an effective means for preparing multilayer organic semiconducting thin films by solution processes, Sci. Rep., Vol. 4 (2014) Art. No. 7151.

６．関連特許（Patent）
なし