課題番号（Application Number）：S-15-NR-0031
利用形態（Type of Service）：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「塗布型有機薄膜太陽電池」の開発を行っている。今年度は、高沸点溶媒の導入により薄膜モルフォロジーを制御しバルクヘテロ型太陽電池性能を５倍向上させることに成功したので報告する。

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、光前駆体材料とn型材料であるPC71BMの混合溶液をスピンコートし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、光前駆体材料DTADK（ドナー材料前駆体）およびPC71BM （アクセプター材料）を用いたBHJ素子作製手順を示した。スピンコート用溶媒クロロホルムに、高沸点溶媒o-ジクロロベンゼンを10% および20%混合することで、薄膜のモルフォロジーが変化し、太陽電池特性を2.2%に大きく向上することに成功した。この結果は今後塗布積層型pin太陽電池の性能向上にも役立てることができる結果であり、論文に受理された(1)。

図１. 塗布BHJ型太陽電池の素子構造・材料と、高沸点溶媒添加におけるJ-V曲線分光感度曲線

４．その他・特記事項（Others）
なし

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) M. Suzuki, Y. Yamaguchi, K. Takahashi, K. Takahira, T. Koganezawa, S. Masuo, K. Nakayama and H. Yamada, Photoprecursor Approach Enables Preparation of Well-Performing Bulk-Heterojunction Layers Comprising a Highly Aggregating Molecular Semiconductor, ACS Appl. Mater. Interfaces, DOI: 10.1021/acsami.6b00345.

６．関連特許（Patent）
なし