成果報告書詳細
管理番号20160000000021
タイトル平成22年度ー平成26年度成果報告書 「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(新構造モジュールの研究開発)」
公開日2016/5/24
報告書年度2010 - 2014
委託先名株式会社東芝
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約有機薄膜太陽電池の開発を行い、1cm角の逆構成型セルで変換効率12%、このセル構造を適用した5cm角モジュールで10.5%、30cm角モジュールで9.2%の効率を得ると共に、JIS規格に準拠した5種の耐久性テストにおいて相対効率低下10%以内を実現し目標を達成した。セル変換効率の向上は、低HOMOのP型材料及び高LUMOのN型材料の開発による高Voc化、長波長吸収P型材料の開発や光マネージメント及び不純物低減による高Jsc化、素子界面のバンドマッチングやリーク欠陥低減及びナノ相分離構造最適化による高FF化、ならびに逆構成セルの開発などによって実現した。モジュール変換効率の向上は、高開口率と低リーク電流を実現するモジュール構造設計や、多数の設計パラメーターを迅速に最適化出来るデバイスシミュレーション技術の開発、ならびに独自のメニスカス塗布法による高精度塗布・パターニング技術の開発で達成した。メニスカス塗布によって、スクライブが不要で、塗布厚ムラ3%以内、塗布幅精度0.03mm、開口率94%、材料使用効率90%以上の低コスト製造プロセス実現の可能性が高まった。
 耐久性の向上は、活性層とバッファ層の材料開発による耐熱性と耐光性の改良、封止技術開発による耐湿性改良、補強材やガラス等の部材の開発による温湿度サイクル特性の改良などで実現した。更に、有機薄膜太陽電池が屋内照明下で高い効率を示すことを利用し、電子タグやスマートセンサ等に搭載したEIPVを試作し、動作を実証した。また、フレキシブルやシースルーといった特徴を有する有機薄膜太陽電池デバイスも試作しアプリケーション検討を行った。本研究開発期間に行った研究発表・講演は31件、特許提案は50件に達した。
英文要約In the development of organic thin film solar cells, we achieved the goals by realizing the conversion efficiencies of 12% in the inverted configuration cell of 1cm square, 10.5% in 5cm square module, and 9.2% in 30cm square module. We also attained the relative efficiency decrease less than 10% in the five kinds of durability tests based on JIS standards. The improvement of cell conversion efficiency was realized with high Voc attained by the development of P-type material of low HOMO and N-type material of high LUMO, with high Jsc attained by the development of P-type material of long-wavelength absorption, light management technology and impurity reduction, with high FF attained by band matching of element interface, leakage defects reduction and optimization of nano-phase separation structure, and with the development of inverted configuration cell. Improvement of module conversion efficiency was realized with module structure design to achieve a high aperture ratio and low leakage current, with the development of device simulation technology to optimize various module design parameters, and with the development of highly precise coating and patterning technology by our original meniscus method. By this meniscus coating, low cost manufacturing process which gives low coating thickness variation less than 3%, high coating width precision less than 0.03mm, high aperture ratio up to 94%, and the material utilization efficiency over 90%, without any scribing process, will be realized. High durability was realized with the improvement of heat and light resistance by the development of materials for the active and buffer layers, with improved moisture resistance by the sealing technology development, and with improved temperature and humidity cycle characteristics by the development of the reinforcing and glass materials. Furthermore, by utilizing the high performance of organic thin-film solar cells under indoor lightings, EIPV prototypes for electronic tags and smart sensors were developed to demonstrate the operations. Application developments were also carried out by prototyping the organic thin-film solar cell devices which have the features of flexible and see-through. During this research and development period, we gave 31 presentations and lectures, and 50 patent applications.
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