成果報告書詳細
管理番号20160000000031
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/光電荷分離ゲルによる屋内用有機太陽電池の研究開発」
公開日2016/12/13
報告書年度2010 - 2014
委託先名パナソニック株式会社 学校法人早稲田大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約高い電子輸送性・保持性をもつ有機材料の物性を最大限に活用し、高変換効率かつ耐久性に優れたな有機系太陽電池を開発した。具体的には、1)“漏れ電圧”を抑制する新規メディエータ分子創出による逆電子反応抑制・開放電圧向上、2)電極/色素界面制御による色素脱離抑制・耐久性向上、3)高分子ゲル活用による蓄電機能付与、の3つに取り組んだ。
変換効率向上については、電極とメディエータとの反応速度定数k0が“漏れ電圧”に強く影響することを明らかにし、メディエータ分子の嵩高さによるk0抑制にてVoc=990mV、変換効率20%(200lx、57.7μW/cm2)を達成した。
耐久性向上については、電解液溶媒として新規イオンイミダゾリウム系液体を創出し、光吸収材としてアルキル鎖(C22H45)をもつ新規光吸収分子を創出することで、電極表面からの色素脱離抑制を実現した。前記により、JIS C8938試験での相対効率低下10%以内を達成した。
蓄電機能付与については、高い電子輸送性・保持性をもつ高分子ゲル(デカメチルフェロセンポリマー)を光発電体に組み込むことで変換効率20%と1.32mWhの両立を実現した。加えて、前記デバイスを搭載した温度・照度無線センサを作製し、自立センサとしての駆動実証も行った。
英文要約Organic type photovoltaic cells which have high efficiency and outstanding durability were developed by making the most of properties of organic material which has high electron mobility and long electron lifetime.
Concretely we verified 3 approaches, 1) For higher efficiency, suppressing back transfer electron reaction by creating new mediator molecules which suppress voltage reduction, 2) For durability, suppressing dye desorption by control the interface between electrode and dye, 3) Giving a charge-storage function with polymer gel.
We revealed that the reaction between electrode and mediator rate constant k0 influences voltage reduction strongly, and achieved Voc 990mV and efficiency 20% (200lx, 57.7uW/cm2) by suppressing k0 with high bulky mediator molecules.
For improvement of durability, we created new ionic liquid composed of liquid-based ionic Imidazolium group electrolyte, and new photon absorbing molecules with alkyl chain (C22H45) as photon absorbing material, and realized suppression of dye desorption from electrode surface. According to above, we achieved the relative efficiency degradation less than 10% of JIS C8938 test.
For giving a charge-storage function, we realized efficiency 20% and 1.32mWh balance by introducing polymer gel (Decamethyl ferrocene polymer) which has high electron mobility and long electron lifetime to photovoltaic cells. Additionally, we fabricated temperature and illuminance sensors with above devices, and drove those as self-charge sensors.
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