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有機薄膜太陽電池の結晶成長制御

宮寺哲彦

有機系薄膜チーム

1

有機薄膜太陽電池（OPV）低コスト・フレキシブル・意匠性

2

変換効率

[%]

[年]

OPV

3

素子作製方法

N

N

N

N

N

N

N

NZn

低分子系有機半導体 高分子系有機半導体

真空蒸着で作製 スピンコートで作製

O

O

CH3

4

素子特製の律則要因

電荷生成

p-type n-type

e-h+

拡散長（LD）

励起子

h+

e-

理想的な構造

透明電極

上部電極

透明電極

上部電極

バルクヘテロジャンクション（BHJ）

現行の構造

発電原理

5

15nm0

0.05 Å/s, 5nm0.05 Å/s, 2nm

1 μm

自己組織化テンプレート層

BP2T

バッファー層

自己組織化して規則構造を形成

2,5-bis(4-biphenylyl)bithiophene

1 μm

Chem. Soc. Rev. 38, 2634 (2009).

6

BP2T上への共蒸着膜厚 2 nm 膜厚 10 nm 膜厚 40 nm

0

25 nm

100 nm0

40 nm

100 nm0

25 nm

100 nm

C60 ZnPc

C60は隙間に成長

ZnPcはテンプレート上に成長

7

100 nm 0

15 nm

Without BP2T

0

40 nm

With BP2T

0

20 nm

ZnPc(5nm)/BP2T

0

30 nm

C60 (1nm)/BP2THeig

ht-

co

ntr

ast

Ph

ase-c

on

trast

ITO

ZnPc

C60

ITO

BP2T

0

20°

0

60°

相分離構造のAFM観察

8

相分離の駆動力C60 ZnPcC60 ZnPc

膜厚 2 nm 膜厚10 nm

BP2T

absorption

migration

C60 ZnPc

Interaction

Strong

C60

BP2TZnPc

9

相分離膜の結晶性

10 20 30 40 50

with BP2T

without BP2T

Inte

nsity (

a.u

.)

2theta (Degree)

ZnPcITO ITO

ITO

Without BP2T

100 nm 0

15 nm

Without BP2T

0

40 nm

With BP2T

100 nm

相分離構造高結晶性

同時に達成

10

太陽電池特性

ITOPEDOT:PSS

BP2T (0 or 5 nm)

ZnPc:C60 BHJ

(40 nm)

C60(40 nm)

BCPAl

Glass

ZnPc (X nm)p

i

n

Cells PCE

(%)

Jsc

(mA/cm2)

Voc (V) FF

No BP2T 1.85 7.58 0.58 0.42

ZnPc(0 nm) 3.93 11.46 0.58 0.59

ZnPc(5 nm) 4.15 12.13 0.58 0.59

ZnPc(10 nm) 3.66 11.05 0.58 0.57

ZnPc(20 nm) 2.39 8.84 0.55 0.49

11

まとめ有機ヘテロエピタキシー

共蒸着の構造制御

ドナー／アクセプター相分離高結晶性

制御された薄膜構造によって特性向上

12