成果報告書詳細
管理番号20130000000526
タイトル平成22-24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 超高効率色素増感太陽電池を目指した新規増感色素の探索 有機薄膜太陽電池の劣化機構の解明
公開日2014/6/14
報告書年度2010 - 2012
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P09026
部署名新エネルギー部
和文要約1. 超高効率色素増感太陽電池を目指した新規増感色素の探索
 超高効率色素増感太陽電池を目指した新規増感色素の探索では、有機色素に比べ高い安定性と変換効率をもつとされる色素増感太陽電池用ルテニウム錯体色素を開発した。従来十分に利用することができないでいた長波長側の光エネルギーを有効に利用するため近赤外光を効率よく光電変換することのできる増感色素として新規なものを開発するとともに分子設計の指針となる色素のエネルギー準位とセルの光電変換特性の関係について重要な情報を得た。
(1)新規色素として、ジキノリルピリジン誘導体を配位子とするルテニウム錯体を開発し、配位子への置換基効果、有機色素と同時使用することで光電変換特性の向上を試み、NOK101と名付けたルテニウム錯体色素が優れた近赤外光の光電変換能をもつことを確認した。
(2)新たなルテニウム錯体色素としてシクロメタル化ルテニウム錯体を開発しフェニルピペリジン誘導体を配位子とする複数個の新規色素で変換効率10%を超えた。特にFT89と名付けた色素で10.7%という高い光電変換特性を実現した。
(3)安定性をさらに向上させるため単座配位子であるイソチオシアナト基をもたない新たなものとしてピリジンジカルボキシラトを配位子とするルテニウム錯体を開発した。

2. 有機薄膜太陽電池の劣化機構の解明と高耐久性セル開発の支援
有機薄膜太陽電池の実用化に資するため、高耐久化技術を確立することを最終目的として、太陽電池特性の劣化機構の解明を行った。
(1)可視化による形状異常の検出
劣化部位そのものを可視化する評価技術(LBIC法、EL法)を導入し、劣化開始部位である「劣化異常点」を見出した。
(2)暗所環境での発電特性の低下
水分はの影響は顕著であり、金属電極の酸化によるJsc低下を顕著に加速した。酸素ガスは、材料の酸化劣化と発生電荷のトラップとして働いている可能性がある。GISAXによりPCDTBT:PCBMセルの熱と相分離構造の関係を評価し、発電特性の変化は材料の熱劣化や分子レベルでの異種分子混合が原因であることが示唆された。
(3)光環境下での発電特性の低下
Vocの低下は450nm以下の波長の光の照射に生じた。一方、Jscは波長依存性が見られなかった。電極と有機材料との界面、あるいは素子中に含まれる酸素が光照射によるVoc特性低下のトリガーとなっている可能性が考えられる。
英文要約Title: Research on sensitizers toward highly efficient dye-sensitized solar cells, Research on degradation mechanism of organic photovoltaic cells, Development of organic photovoltaics toward a low-carbon society, Funding Program for World-Leading Innovative R&D on Science and Technology (FY2010 - FY2012)

 New ruthenium complexes were investigated as sensitizers for dye-sensitized solar cells. The ruthenium complex dyes have been regarded as stable and efficient sensitizers when applied in dye-sensitized solar cells. We have developed new near infrared sensitive ruthenium complex dyes.
 Ruthenium complexes bearing diquinolyl pyridine derivatives as a ligand have been investigated. NOK101 dye showed excellent quantum efficiency in the near infrared region.
 New series of cyclometalated ruthenium complex dyes have been investigated. Newly developed cyclometalated ruthenium complexes bearing a phenyl pyrimidine derivative as a ligand showed excellent solar-to-electricity conversion efficiency of over 10%. For example, a solar cell sensitized with FT89 dye showed 10.7% of efficiency when the benchmark N749-sensitized cell showed 10.1% under the same conditions.
 A new series of isothiothianate free ruthenium complex dyes were investigated.
Ruthenium complexes bearing a pyridine dicarboxylate as a ligand showed a remarkable sensitizing ability when applied in dye sensitized solar cells.
 For practical use, long-term stability of the organic photovoltaic cell performance is essential, as well as high efficiency. In this research, we investigated the degradation mechanism for improving the long-term stability.
 Using EL imaging, we could find defects quickly and efficiently. In addition, we investigated degradation behavior. At a high humidity condition, the degradation was markedly accelerated. Under the high oxygen concentration, the reduction of JSC was much smaller than under ambient air condition. The reduction of VOC was occurred by high energy (<450 nm) light under any gas atmosphere. So, the reduction of VOC would be triggered by UV light irradiation.
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