成果報告書詳細
管理番号20160000000615
タイトル平成26年度ー平成27年度成果報告書 エネルギー・環境新技術先導プログラム pn制御有機半導体単結晶太陽電池の開発
公開日2016/7/16
報告書年度2014 - 2015
委託先名大学共同利用機関法人自然科学研究機構分子科学研究所 日本化薬株式会社 国立大学法人豊橋技術科学大学 公立大学法人大阪府立大学
プロジェクト番号P14004
部署名イノベーション推進部
和文要約超高速ホール移動度有機半導体(C8-BTBT)と超高速電子移動度有機半導体(PTCDI-C8)を、サファイア等の無機単結晶基板上に、無機/有機ヘテロエピ成長させ、キャリアハイウェー単結晶膜を作製できた。有機/有機へテロエピ成長によって、PTCDI-C8/C8-BTBT、C8-BTBT/PTCDI-C8の互いに逆の順番の、キャリアハイウェー単結晶積層膜を作製できた。すなわち、PTCDI-C8/C8-BTBT/PTCDI-C8…交互積層構造を持つ、単結晶超バルクへテロ接合の作成技術を確立した。

 超バルクヘテロ接合の最小単位である、C8-BTBTホールハイウェー単結晶膜、PTCDI-C8電子ハイウェー単結晶膜において、光生成キャリアを、約1ミリメータの距離で、横方向に取り出すことに成功した。

 ホール・電子ハイウェーを組み合わせた、超バルクヘテロ接合セルの動作を実証した。ハイウェー膜厚を5分子層まで減らし、多くのPTCDI-C8/C8-BTBT界面を組み込んだ、超バルクヘテロ接合セルにおいて、励起子解離効率が100%に近づき、光電流が大きく増大することを確認した。

 アクセプター(FeCl3)をドーピングした、p型C8-BTBT単結晶ホールハイウェーを作製し、Hall効果測定によって、ホール移動度10 cm2/Vsを維持したまま、ホール濃度、比伝導度を10万倍増大できた。pn制御キャリアハイウェーを、超バルクヘテロ接合に組み込み、効率15%を達成する道筋を示した。
英文要約Title:Advanced Research Program for Energy and Environmental Technologies/ Development of pn-Controlled Organic Semiconductor Single Crystalline Solar Cells (FY2014-FY2015) Final Report

Carrier highway films, i.e., single crystalline films of high hole-mobility organic semiconductor (C8-BTBT) and a high electron-mobility organic semiconductor (PTCDI-C8) were fabricated on the sapphire substrates by inorganic/organic hetero-epitaxial growth. Layered carrier highway structures both of the inverted orders of PTCDI-C8/C8-BTBT and C8-BTBT/PTCDI-C8 by organic/organic hetero-epitaxial growth were fabricated. Namely, the fabrication technique of single crystalline super-bulkheterojunction consisting of alternating multilayered structure (PTCDI-C8/C8-BTBT/PTCDI-C8…) was established.

Lateral extraction of photogenerated holes and electrons of the order of 1 mm was demonstrated in the C8-BTBT hole highway and in the PTCDI-C8 electron highway single crystalline films, which can be regarded as minimum units of super-bulkheterojunction.

Operation of super-bulkheterojunction cells combining the hole and electron highway was demonstrated. Significant increase of photocurrent due to the exciton dissociation efficiency close to 100% was observed for super-bulkheterojunction cell having a lot of PTCDI-C8/C8-BTBT interface, which was made by highways of 5 molecular monolayer.

p-type C8-BTBT hole highway of single crystalline films doped with acceptor impurity (FeCl3) was fabricated. Hole concentration and specific conductivity were increased 105 times by doping while maintaining the high hole-mobility of 10 cm2/Vs. Progress schedule to attain 15% efficiency by super-bulkheterojunction constructed by using pn-controlled carrier highways was indicated.
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