成果報告書詳細
管理番号20110000001058
タイトル平成22年度成果報告書 最先端研究開発支援プログラム/低炭素社会に資する有機系太陽電池の開発/高効率有機薄膜太陽電池の作製(加速)
公開日2011/7/28
報告書年度2010 - 2010
委託先名東レ株式会社
プロジェクト番号P09026
部署名新エネルギー部
和文要約有機薄膜太陽電池の有機半導体材料の合成と分析、太陽電池素子の作製・評価および解析を効率的に進めるべく、下記の4装置を導入し、有機薄膜太陽電池の有機半導体材料の合成と分析、太陽電池素子の作製・評価および解析手法を高度化した。
A.真空蒸着装置
 太陽電池に必須な構成部分である陽極と陰極やバッファ層を形成するための装置である。有機薄膜太陽電池素子は真空蒸着プロセス中の微量のコンタミネーション等によって大きく特性が左右されるので、用いる真空蒸着装置には有機薄膜太陽電池用途で使用した際にコンタミネーション等の問題が生じないことが必要である。そこで、本装置を導入し、当社既存装置と併用することで単位時間当たりに作製できる有機薄膜太陽電池素子の数を今後大幅に増やすことが可能となった。
B.レーザー顕微鏡
有機薄膜太陽電池またはそれらの構成要素となる各薄膜(電極、発電層等)の表面形状を観察する装置である。有機薄膜太陽電池の特性には、有機材料自体だけではなく、それらを薄膜とした際の形態も非常に重要な要素である。導入したレーザー顕微鏡は、ナノスケール表面形状を原子間力顕微鏡(AFM)よりも大面積で測定するために必要な諸性能(倍率:200倍~24000倍、XY解像度:0.13μm以下、高さ分解能:1nm)を満たす装置である。本装置を用いたナノスケールでの表面形状観察により、発電層のバルクヘテロ構造に関する有用な知見を蓄積していくことが可能となった。
C.ソーラーシミュレータ
 有機薄膜太陽電池に高強度の擬似太陽光を照射して有機薄膜太陽電池の耐光性を調べるための装置である。本装置は照射強度が1SUN~3SUNまで連続可変であり、種々の照射強度での太陽電池特性を測定することが可能である。また、3SUNで長時間の光照射を行った場合には、ランプが消耗してしまうため、頻繁にランプ交換の必要性が生じる。今回導入したソーラーシミュレータは、ランプの自動センタリング機構が搭載しているため、ランプ交換の際の複雑な調整が不要であり、ランプ調整によって研究を滞らせることがない。本装置の導入により、耐光性評価に要する時間の大幅な短縮が可能となった。
D.高速液体クロマトグラフ装置
 有機半導体の中間体モノマーの純度を測定する装置である。本研究では、有機半導体として共役系ポリマーを中心に開発を行うが、共役系ポリマーの合成の成否は前駆体(モノマー)の純度に左右される。このため、有機半導体開発においては前駆体の純度を測定する高速液体クロマトグラフ装置は欠かすことができない。当社ではこれまでに有機EL材料の研究開発において、共役系低分子化合物の分析ノウハウを蓄積してきた。上記共役ポリマーの前駆体はこの有機EL材料と化学構造が酷似した共役系低分子化合物であり、高速液体クロマトグラフ装置を導入し、分析ノウハウを活用して純度測定を精確に行うことが可能となった。装置の導入により、通常30~40分かかる分析を5~10分程度に短縮し、分析に要する時間を大幅に短縮することが可能となった。
英文要約We have been developing organic semiconducting materials which constitute an active layer of organic thin-film solar cells. Our primary focus is on producing electron-donor materials. In order to accelerate the research and development, we introduced following four apparatuses to our laboratory.
1. Vacuum Deposition System
Vacuum Deposition system is used for mainly forming metal electrodes and buffer layers of the organic thin-film solar cells. By using the introduced vacuum deposition system, a large number of solar cell samples can be fabricated, which accelerates the research and development of organic solar cell materials.
2. Laser Microscope
Laser microscope system is useful to observe the surface morphology of the solar cells and their component layers such as electrode and active layer. For the high performance organic thin-film solar cells, the morphology of the bulk heterojunction (BHJ) film is one of the important factors. Therefore, the system which can observe the surface morphology of BHJ film in a nanometer-scale is absolutely necessary. By introducing this system, nanometer-scale analysis of the surface morphology has become possible, and useful knowledge about the BHJ structure has been accumulated.
3. Solar Simulator System
Solar Simulator System can evaluate solar cell performances such as current-voltage characteristics and durability for light, by irradiating white light (AM1.5G) on the organic thin-film solar cells. In this system, the irradiation power of the white light can be changed between 1SUN to 3SUN. By introducing this system, it has become possible to shorten the measurement time for the light-stability evaluation of the samples.
4. High performance liquid chromatography
High performance liquid chromatography system mainly measures the purity of the monomer of the conjugated polymer-based organic semiconductor. In the research and development of organic semiconductors, high-speed and high-pressure liquid chromatography is essential for the measurement of precursor's purity. Moreover, this system is able to shorten the analysis time greatly; the analysis time of this system is only 5-10 minutes while typical chromatography measurement requires 30-40 minutes. By introducing this system, it has become possible to accelerate the development of novel organic semiconductors based on conjugated polymers.
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