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　健一1)
Username (English) ： K. Nakayama1)
所属名（日本語） ： 大阪大学大学院工学研究科
Affiliation (English) ： Graduate School of Engineering, Osaka University

１．概要（Summary ）
近年、人類は地球温暖化や化石燃料の枯渇といった地球規模での環境・エネルギー問題に直面しており、その解決策の一つとして太陽光エネルギーの利用が挙げられる。しかし、太陽光エネルギーはエネルギー密度が低いため、よりエネルギー密度の高い電気エネルギーや化学燃料への変換は、オンサイトでのエネルギー貯蔵や運搬の観点からも不可欠である。電気エネルギーへの変換には、シリコン系や化合物半導体系太陽電池が実用化されているが、フレキシブル性・軽量化・塗布による大面積化などの観点から、最近、有機薄膜太陽電池が注目を集めている。1その構成要素は、複雑かつ多段階の操作を経て化学的に合成される。一方、植物の緑色色素であるクロロフィルは地球上に最も豊富に存在する色素 (クロロフィルa, Fig. 1) であり、光合成における光捕集および電荷分離を担う。クロロフィル誘導体は、植物から抽出するだけで利用でき、中心金属の交換や有機基の置換により光・電子物性の多様化が期待できるため、人工光合成型化学燃料合成触媒としての利用も可能である。
本研究では、クロロフィル誘導体 (クロリン) を用いて、有機薄膜太陽電池を作製した。

２．実験（Experimental）
電子ドナーとして、中心に金属を有しないフリーベースクロリン (H2(Ch)) 誘導体を合成し、電子アクセプターには[6,6]-フェニルC61酪酸メチルエステル (PCBM) を用い、これらを含むo-ジクロロベンゼン溶液をスピンコート法によりITO基板上に塗布し、バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池を作製して性能を評価した (Fig. 2)。

３．結果と考察（Results and Discussion）

異なるHOMO、LUMOレベルを有する様々なH2(Ch)を測定に供した結果、中でも天然物と同様に132位メチルエステル基と3位エチレン基を有するH2(Ch-COOMe)を用いた素子が、最も高い光電変換効率を示した。また、外部量子効率(EQE)スペクトルが、この素子の紫外可視吸収スペクトルとほぼ一致したことから、クロロフィル誘導体が光を吸収して光電流を発生させたことが確かめられた。クロロフィル誘導体は、それ同士が会合体を形成しやすく、PCBMとの相溶・相分離界面形成の適切なバランスが、素子特性に良い影響を及ぼしたと考えられる。

４．その他・特記事項（Others）
なし

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) K. Kawajiri, T. Kawanoue, M. Yamato, K. Terai, M. Yamashita, M. Furukawa, N. Aratani, M. Suzuki, K. Nakayama, and H. Yamada, Fullerene-Based n-type Materials That Can Be Processed by a Photoprecursor Approach for Photovoltaic Applications, ECS J. Solid State Sci., 2017, 6, M3068-M3074; DOI: 10.1149/2.0141706jss.
他
６．関連特許（Patent）
なし