成果報告書詳細
管理番号20110000000803
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(低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
委託先名出光興産株式会社
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。当事業では低分子系有機薄膜太陽電池モジュールの研究開発をおこなう。
1.材料開発
長波長吸収かつ吸光度の大きなp 材料を開発するという指針に則り、pn型(ITO/p 材料/C60/BCP/Al)の構成にて太陽電池特性を評価した。p 材料の薄膜状態での吸収スペクトル、イオン化ポテンシャルおよび電子親和力を計測し、これら基本物性値と太陽電池特性の相関を明らかにし開発を推進した。その結果、膜厚100nmの薄膜状態で725nmまで吸収し、700nmにおける吸光度が1.6である材料(OPV112)を得た。
素子構成はpn型において、n材料をC70したところ、低分子蒸着タイプのシングルセルにおいて世界最高レベルの変換効率が5.0%を得た。現在素子構成の最適化を行うとともに、周辺材料系統の探索を実施中である。
2.素子作製技術・プロセス技術の開発
素子構成検討をおこなった。本年度は、再委託先の産業技術総合研究所でセルサイズアップの検討に取組み、1cm角へのサイズアップで性能低下がないセル構造を見出し、すでに出光のセル構造に反映させた。今後この知見をモジュール試作へ展開する。また高効率な素子構成検討のため、タンデムセルの中間電極の検討に着手した。
3.モジュール試作の検討
来年度にトッキ社保有の蒸着装置にて20cm角のモジュール試作を実施することを目標に、今年度は20cm角の大型成膜での課題抽出を行った。具体的には当社提供の材料にて標準セル1cm角(ITO/CuPc/C60/BCP/Al)を上記基板領域に18個配置・成膜を実施した。各位置における素子の性能評価を産業総合技術研究所にて行い、均一性の評価を行う予定。
英文要約Title: R&D for Next Generation PV systems. R&D for organic photovoltaic modules using small molecules. (FY2010-2012) FY2010 Annual Report
The purpose of this project is to develop organic photovoltaic (OPV) modules using small molecules. The materials which absorb light at a long-wavelength region and also have strong optical absorbance have been studied. We have synthesized over 20 p-type materials and have evaluated their photovoltaic performances. Consequently using a simple p/n layered structure the power conversion efficiency of 5.0 % was obtained for the cell with a certain p-type material. And using pin structure for the cell with another p-type material the power conversion efficiency of 5.3 % was also obtained. These two power conversion efficiencies are one of the highest values in a single OPV cell with small molecules as far as we know. These two performances were obtained with the cell size of 1cm square utilizing an improved cell configuration concept by AIST (Advanced Industrial Science and Technology) as mentioned below. In order to improve the power conversion efficiency the evaporation tool with various sorts of thermal treatments has been installed. From now using that tool the interface structure between p and n for OPV cells will be investigated and optimized. Impedance spectroscopy and evaluations of an exciton diffusion length have been studied. By using these basic analyses the cell structure study was done effectively. The durability study of photovoltaic cells has been started. The power conversion efficiency of the cell has decreased by 14% in 100 hours under the continuous irradiation of AM1.5 (100mW/cm2). The reason of its decrease is deduced to be the degradation at the interface between p and n of the OPV cell. The size effect on the performance for OPV cells has been investigated and improved at AIST. As a result the power conversion efficiency of 1cm square cell is the same as that of 2mm square cell by introduction of an improved cell configuration. According to the idea of the cell configuration the trial for making 20cm square OPV modules will be done at TOKKI CORPORATION next year. In order to study the OPV driving mechanism the basic analyses have been started at Chiba University. For example displacement current measurements for OPV cells with standard materials have been done. Now the data analysis is being done in detail.
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