成果報告書詳細
管理番号20110000000801
タイトル*平成22年度中間年報 太陽エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム次世代高性能技術の開発 有機薄膜太陽電池モジュール創製に関する研究開発(高分子系有機薄膜太陽電池モジュールの研究開発)
公開日2011/9/28
報告書年度2010 - 2010
委託先名住友化学株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約 2030年までに太陽光発電量を53 GWとする我が国の導入目標を実現するために、安価で資源制約の少ない有機薄膜太陽電池(OPV)モジュールの製造のための光電変換組成物とモジュール製造の要素技術に関する研究開発を行う。これにより、セル効率12%およびモジュール効率10%を世界にさきがけ実現するものである。当事業では高分子系有機薄膜太陽電池モジュールの開発をおこなう。
 平成24年度の中間目標として、セル効率8%、モジュール化効率6%、耐久性として相対効率低下10%以下(JIS規格C8938)、平成26年度の最終目標として、セル効率12%、モジュール化効率10%、耐久性として相対効率低下10%以下(JIS規格C8938)の開発を進める。
(1)高効率発電組成物の開発
当社は吸収末端として900nm、効率のポテンシャルとしては15%を超える効率が期待できるポリマーAを見出したが、その効率は7.2%に留まっていた。素子の量子効率(IPCE)は、50%に留まっており、その原因解析として活性層の蛍光分析を行った。その結果、ポリマーAの蛍光は50%程度しか消光されておらず、活性層のモルフォロジーに改善余地のあることが示唆された。各種溶媒組成によるモルフォロジー改良やポリマーの高分子量化を検討した結果、IPCEの向上に伴うJscが向上し、効率として8.1%の世界最高レベルの効率を達成した。今後は、モルフォロジー制御による改良に加えて、HOMO~LUMO制御による高Voc化、高純度化によるff改良などで更なる高効率化を図る。
タンデムセルの検討にも着手した。課題は、バックセルの塗布時にフロントセルの溶解をブロックし、Roll to Rollプロセスにも適用可能な高効率塗布型中間層の開発である。塗布型中間層の検討を進めた結果、フロントセルに独自高性能短波長吸収ポリマーB、バックセルに独自高性能ポリマーAを用いたタンデムセルで、効率8.19%を達成した。
(2)モジュール製造技術の開発
ポリマーAを用いた大型サブモジュール開発を、Roll to Rollに適用可能な塗布方法を用いて検討を開始した。その結果、効率3.5%(ap)、4.8%(ac)と、OPVの大型サブモジュールとしては世界最高レベルの効率を達成した。小面積セルの効率よりも低いが、塗布方法の違いによるモルフォロジーの差が大きな要因と推定しており、今後、溶媒組成の改良により小面積セルに近い効率の実現を目指す。
英文要約 Title : High Performance PV Generation System for the Future. Development of module of organic thin-film solar cell(Sub-theme : Development of module of organic thin-film solar cell using conjugated polymer) (FY2010-FY2012) FY2010 Annual Report
 In order to achieve photovoltaic power generation system of 53GW by 2030, inexpensive and less resources limitation organic thin film solar cell (OPV) modules are going to be investigated and developed. The intermediate target performances in 2012 are cell efficiency of 8%, module efficiency of 6% and relative durability drop of less than 10% (Japanese Industrial Standards C8938). The final target performances in 2014 are cell efficiency of 12%, module efficiency of 10% and relative durability drop of less than 10% (Japanese Industrial Standards C8938). Five organizations including our company, Sumitomo Chemical, cooperate to achieve the objective. Sumitomo Chemical is in charge of the research and development of the OPV modules using conjugated polymer. For a concrete research and development policies are as follows. (1) Creation of composition for high efficiency materials. (2) Development of high-performance and large-scale module production technology. We have already found our original low band gap polymer having 900nm absorption edge that 15% of potential efficiency can be expected. On the other hand the efficiency was still 7.2% before beginning of this project, so we started the research to improve. The quantum efficiency(IPCE) of the cell using polymer A was only 50%, so we analyzed the fluorescence of active layer to investigate the reason. As a result, only 50% of fluorescence of polymer A was found so it was suggested that there was a room to improve the morphology. We tried the morphology control by using various kind of solvent and modified the molecular weight of polymer, so that we achieved 8.1%, which is almost the same level of world record. We also started to research of tandem cell that we can expect higher efficiency. As a result of the development of printable interlayer which can be applicable to roll to roll process, we achieved 8.19% by the tandem cell using polymer A, which is almost the same level of world record. Regarding the development of module, we applied the polymer A to the large size submodule. As a result, we achieved 3.5%(ap), 4.8%(ac), which is almost the same level of world record.
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