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有機薄膜太陽電池の結晶成長制御
宮寺哲彦
有機系薄膜チーム
1
変換効率
[%]
[年]
OPV
3
素子作製方法
N
N
N
N
N
N
N
NZn
低分子系有機半導体 高分子系有機半導体
真空蒸着で作製 スピンコートで作製
O
O
CH3
4
素子特製の律則要因
電荷生成
p-type n-type
e-h+
拡散長（LD）
励起子
h+
e-
理想的な構造
透明電極
上部電極
透明電極
上部電極
バルクヘテロジャンクション（BHJ）
現行の構造
発電原理
5
15nm0
0.05 Å/s, 5nm0.05 Å/s, 2nm
1 μm
自己組織化テンプレート層
BP2T
バッファー層
自己組織化して規則構造を形成
2,5-bis(4-biphenylyl)bithiophene
1 μm
Chem. Soc. Rev. 38, 2634 (2009).
6
BP2T上への共蒸着膜厚 2 nm 膜厚 10 nm 膜厚 40 nm
0
25 nm
100 nm0
40 nm
100 nm0
25 nm
100 nm
C60 ZnPc
C60は隙間に成長
ZnPcはテンプレート上に成長
7
100 nm 0
15 nm
Without BP2T
0
40 nm
With BP2T
0
20 nm
ZnPc(5nm)/BP2T
0
30 nm
C60 (1nm)/BP2THeig
ht-
co
ntr
ast
Ph
ase-c
on
trast
ITO
ZnPc
C60
ITO
BP2T
0
20°
0
60°
相分離構造のAFM観察
8
相分離の駆動力C60 ZnPcC60 ZnPc
膜厚 2 nm 膜厚10 nm
BP2T
absorption
migration
C60 ZnPc
Interaction
Strong
C60
BP2TZnPc
9
相分離膜の結晶性
10 20 30 40 50
with BP2T
without BP2T
Inte
nsity (
a.u
.)
2theta (Degree)
ZnPcITO ITO
ITO
Without BP2T
100 nm 0
15 nm
Without BP2T
0
40 nm
With BP2T
100 nm
相分離構造高結晶性
同時に達成
10
太陽電池特性
ITOPEDOT:PSS
BP2T (0 or 5 nm)
ZnPc:C60 BHJ
(40 nm)
C60(40 nm)
BCPAl
Glass
ZnPc (X nm)p
i
n
Cells PCE
(%)
Jsc
(mA/cm2)
Voc (V) FF
No BP2T 1.85 7.58 0.58 0.42
ZnPc(0 nm) 3.93 11.46 0.58 0.59
ZnPc(5 nm) 4.15 12.13 0.58 0.59
ZnPc(10 nm) 3.66 11.05 0.58 0.57
ZnPc(20 nm) 2.39 8.84 0.55 0.49
11
まとめ有機ヘテロエピタキシー
共蒸着の構造制御
ドナー／アクセプター相分離高結晶性
制御された薄膜構造によって特性向上
12
