成果報告書詳細
管理番号20140000000513
タイトル平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業(太陽光発電) 大面積有機系薄膜太陽電池の製造プロセス向けスプレー式成膜装置の技術開発
公開日2014/10/29
報告書年度2012 - 2012
委託先名旭サナック株式会社 愛知工業大学
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成24年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業(太陽光発電) 大面積有機系薄膜太陽電池の製造プロセス向けスプレー式成膜装置の技術開発

大面積の有機系薄膜太陽電池の発電層となる有機薄膜の成膜を実用化するため、ロール・ツー・ロール方式のスプレー成膜装置の開発と成膜プロセス技術の高度化に取り組んだ。提案するスプレー成膜技術は旭サナック株式会社が開発した特殊ノズルで有機材料を微小液滴化し、基材上に有機膜をナノオーダーで堆積させる方法である。このスプレーノズルは霧化方法が異なるノズルを用いて成膜実験と薄膜の特性測定を繰り返し、最適な霧化方法を調査した。本製造プロセスの具現化には、スプレーノズル、成膜環境、有機材料の低定量供給装置、基材の搬送装置の開発およびスプレーする有機材料と製造プロセスの研究が必要である。
研究開発項目(1)「環境制御型卓上成膜装置の研究開発」では、有機薄膜太陽電池の有機系薄膜やその他薄膜を形成するための装置であり、コストが一番安く、実用化に近い大気圧中でのスプレー成膜が可能である。対象とする基材サイズは30×30mm相当として、装置は卓上型であり、各研究機関で使用しやすい装置サイズの環境制御型卓上成膜装置の試作を完了した。
研究開発項目(2)「スプレーノズルの研究開発」では、発電層の成膜の主流はスピンコート法であるが、材料の利用効率が数%と悪く大面積化が困難なため、スプレーによる成膜法を考案した。当社はこれまでに各種スプレー霧化特性の異なるノズルの研究開発において、薄膜の特性(膜厚・膜均一性)のノウハウを蓄積してきた。有機材料を用いたスプレー成膜で、各種霧化方式による薄膜の特性評価および組織観察を行った。
研究開発項目(3)「有機材料の低定量供給装置の研究開発」では、有機材料のスプレー成膜においてはスプレーノズルへ供給するまで材料の変質や劣化の無い供給方法の開発が必要であるため、接液部が樹脂で、高精度な定量供給が可能なポンプを開発した。
研究開発項目(4)「静電気による付着効率向上に関する研究」では、スプレーする有機材料に静電気を付加させて、基板表面で有機材料の付着効率を向上させる特殊な静電ノズルを開発した。この静電ノズルを用いて付着効率の向上について研究を実施した。
研究開発項目(5)「有機膜の成膜プロセスに関する研究」では、電子供与体の有機半導体ポリマーと電子受容体の有機半導体分子を、有機溶媒を用いて調製したものを使用した。この塗布液を用いて発電活性層有機薄膜をスプレーノズルで成膜する実験を行った。ポリチオフェン誘導体(P3HT)使用時で2.1%の発電効率を得た。同条件の下、従来のスピンコータで活性層を成膜した場合の発電効率は1.7%であったため、スピンコート法での成膜方法と同等以上の発電効率が得られた。
英文要約Title: New Energy Venture Business Technology Innovation Program(Photovoltaic Power Generation)/Development of Spray Coating Equipment for Manufacturing Process of Large Area Organic Thin Film Solar Cells(FY2012)Final Report

To achieve the practical use of organic coating process for active layers of large area thin film organic solar cells, development of roll-to-roll type spray coating equipment and improvement of the coating process method is required. The proposed spray coating technology uses Asahi Sunac’s special nozzle which atomizes and stacks organic material on a substrate with nano-order thickness. The best suited atomization method is discovered by trying multiple spray nozzles having variety of atomization patterns, and checking characteristics and performance of coating.To realize this process; it is important to develop the spray nozzle, coating environment, very small volumetric organic material feeder, substrate loading device, organic materials and manufacturing process.In the R&D (1) “Development of Environmental Desktop Coating Equipment”, the equipment forming thin film including organic thin film used in solar cells, which is close to the practical use of spray coating under air pressure at minimum cost is developed. Prototype environmental desktop coating equipment applicable to substrates 30 x 30mm, which is designed for convenience of use at research institutes has been completed. In the R&D (2) “Development of Spray Nozzle”, the spray coating method is developed because the utilization ratio of the spin coat method is so low (several percent). Asahi Sunac has accumulated know-how relating property of thin film (film thickness and uniformity) during study of spray nozzles and atomization patterns. Organic thin films are formed with multiple spray coating method and variety of atomization patterns; and formed films are evaluated and studied. In the R&D (3) “Study of Very Small Amount Volumetric Organic Material Feeder”, an organic spray material feeding method free from change in properties and deterioration of material while feeding to the spray nozzle is developed. A pump having resin at liquid contact surface to prevent material deterioration, and has high accuracy volumetric feeding capability is developed. In the R&D (4) “Study of Attachment Rate Improvement with Static Electricity”, a special electrostatic nozzle improving organic material adhesion rate on the substrate while applying static on sprayed droplets has been developed. Study of attachment rate improvement is conducted by using the electrostatic nozzle. In the R&D (5) “Study of Organic Film Coating Process”, the organic semiconductor polymer of electron donor and organic semiconductor molecule of electron acceptor are used by adjusting with organic solvents. Active organic thin film is formed with a spray nozzle using this liquid. Efficiency of 2.1 % is obtained by using polythiophene derivative. Under the same conditions, generating efficiency of the thin layer coated by conventional spin coater was 1.7 %, thus it is anticipated that the developed method delivers equal or superior efficiency compare to the spin coat method.
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