ドナー性およびアクセプター性共役高分子ブレンド膜太陽電池の色素増感による高効率化

• Material Type: 文書・図像類
• Title: ドナー性およびアクセプター性共役高分子ブレンド膜太陽電池の色素増感による高効率化
• Author/Editor: 高橋, 光信; Takahashi, Kohshin
• Author Heading: 高橋, 光信; Takahashi, Kohshin
• Publication, Distribution, etc.: 金沢大学理工研究域物質化学系
• Publication Date: 2005-03
• Publication Date (W3CDTF): 2005-03
• Alternative Title: Performance Enhancement by Dye-sensitization in Thin Layer Organic Solar Cells consisting of Conjugated Polymer
• Periodical title: 平成16(2004)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書 = 2004 Fiscal Year Final Research Report
• No. or year of volume/issue: 2002-2004
• Volume: 2002-2004
• Pages: 10p.-
• Text Language Code: jpn
• Subject Heading: 有機太陽電池; 共役高分子; 光誘起電子移動; メロシアニン; ポリチオフェン; 光起電力効果; Organic Solar Cell; Conjugated Polymer; Photo-induced Electron Transfer; Merocyanine Dye; Polythiophene; Photovoltaic Effect
• Target Audience: 一般
• Note (General): [1]Al/ポリチオフェン・ショットキーバリア型光電変換素子のポルフィリン色素による増感効果の検討p型半導体であり正孔移動度の比較的大きな立体規則性共役ポリマー:ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)を用いた太陽電池に対して、光吸収率を大きくすることでエネルギー変換効率の向上が見込めるかどうかを検討した。その結果、P3HTにポルフィリン色素やメロシアニン色素をブレンドすることによって、P3HTあるいは色素単独膜を用いた場合よりも数十倍大きな光電流が流れ、格段に良いエネルギー変換効率を得た。この理由を明らかにするために、特に、酸化還元電位や立体的構造を設計・合成しやすいポルフィリン色素をP3HTにブレンドした薄膜素子を用いて詳細に検討した。その結果、ポルフィリンからP3HTへの光誘起ホール移動が起こる場合に光電流の増加が顕著になることが判明した。[2]平滑透明TiO_2電極を用いた有機薄膜太陽電池の検討前節では、Al/有機薄膜/Auサンドイッチ型素子を用いているため、半透明Al電極側から光照射した場合には光のロスが大きいこと、また、湿気がある所でこの素子を作動させるとAlの光腐食が起こることが、このタイプの素子を実用電池とする場合に大問題となる。そこで、透明平滑TiO_2電極をAl電極の代わりに電子輸送電極として用いた。(1)TiO_2/ポリチオフェン/Auサンドイッチ型太陽電池のメロシアニン色素ブレンドによる光電流の増加本研究では、平滑で透明な酸化チタン薄膜を用いたTiO_2/ポリチオフェン界面を有する有機薄膜太陽電池の光利用率を向上させる目的で、共役ポリマーであるポリチオフェンにメロシアニン色素NK2684をブレンドした。さらに、電荷分離を促進するTiO_2/有機膜界面の空乏層領域について詳細に検討を加えた。平滑で透明なTiO_2電極上にP3HTを塗布したTiO_2/P3HT/Auサンドイッチ型太陽電池のP3HTにメロシアニン色素をブレンドすることによって、電池性能が大幅に向上し、太陽擬似光AM1,5-100mWcm^<-2>の照射下、エネルギー変換効率0.32%を得た。光電流発生界面TiO_2/P3HT+NK2684における有機固体側の電荷分離領域は、光照射下では光電流の光学的フィルター効果により40nm以上と見積もられた。この比較的広い範囲の電荷分離領域では、P3HTと色素の光誘起分子間電荷移動によって生じたホールと電子が効率よく電荷分離するために、このタイプの太陽電池としては大きなエネルギー変換効率が得られた。(2)TiO_2/ポリフェニレンビニレン/Auサンドイッチ型太陽電池のDCM化合物ブレンドによる電池性能の向上本研究では、TiO_2/ポリ[2-メトキシ-5-(2'-エチレンヘキシルオキシ)-1,4-フェニレンビニレン(MEH-PPV)からなる太陽電池を検討した。この太陽電池のMEH-PPV層にアクセプター色素DCMをブレンドしたときに著しい電池性能の向上が見られ、太陽擬似光AM1.5-100mWcm^<-2>照射下でエネルギー変換効率0.47%が得られた。; [1]Sensitization effect of porphyrin dye on photocurrent of Al/polythiophene Schottky-barrier cellsWe prepared organic solar cells consisting of a blend of soluble conjugated polymer as better charge-transport material and dye as more effective light-harvesting material. We clarified the photocurrent enhancement in the Al/P3HT+porphyrin Schottky-barrier solar cell and the enhanced mechanism, where P3HT is a regioregular polythiophene. Various porphyrins with different substituents were employed in the cell to examine which factors are dominant for the photocurrent enhancement. The photocurrent for irradiation from the Al side was much larger for the blend cell of porphyrin+P3HT than for the pure cell of porphyrin or P3HT. The photo-charge separation mainly occurred in the narrow region of about 15 nm of organic solid side at the Al/organic solid interfaces, where the electric field was as large as 10^5 Vcm^<-1>. That is, photons absorbed in the narrow organic solid layer which has the potential gradient were effectively used for the photocurrent generation. However, the observed photocurrent enhancement was not attributed to the magnitude o」 the electric field at the Al/organic solid interface, but to the ease of the photoinduced hole-transfer from porphyrin to P3HT. That is, when the thermodynamic driving force of the hole-transfer was large and the distance between conjugated planes of porphyrin and P3HT was short, remarkable photocurrent enhancement was observed.[2]Photocurrent enhancement in TiO_2/polythiophene+merocyanine/Au solid-state solar cellsA solar cell consisting of a transparent and flat, that is, non-porous TiO_2 film as the electron-transporting layer and a conjugated regioregular polythiophene as the hole-transporting layer was investigated. When a merocyanine dye was blended into the regioregular polythiophene (P3HT) in the TiO_2/P3HT/Au sandwich-type solar cell, the cell performance was remarkably enhanced, resulting in 0.32 % of energy conversion yield under the irradiation of AM1.5-100mWcm^<-2>. Further, the photo-voltaic mechanism was discussed on the base of the energy level diagram of the component materials before contact and so-called an optical filtering effect of the photocurrent. The depletion layer for the photo-charge separation lies in the blended solid side at the TiO_2/merocyanine+P3HT interface, and the film thickness of more than 40nm is estimated as the region.[3]Performance enhancement by blending an electron acceptor in TiO_2/polyphenylenevinylene/Au solid-state solar cellsA solar cell consisting of a transparent and flat, that is, non-porous TiO_2 film as an n-type semiconductor and a conjugated polymer MEH-PPV as a p-type semiconductor was investigated. When [2-[2-[4-(dimethylamino)phenyl]ethenyl]-6-methyl-4H-pyran-4-ylidene]propanedinitrile (DCM) as an electron acceptor was blended into poly[2-methoxy-5-(2'-ethylenehexyloxy)-1,4-phenylenevinylene (MEH-PPV) as a donor in the TiO_2/MEH-PPV/Au sandwich-type solar cell, the cell performance was remarkably enhanced. After all, the energy conversion yield resulted in 0.47 % under the irradiation of AM1.5-100mWcm^<-2>.; 研究課題/領域番号:14580536, 研究期間(年度):2002-2004; 出典：「ドナー性およびアクセプター性共役高分子ブレンド膜太陽電池の色素増感による高効率化」研究成果報告書 課題番号14580536 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
• DOI: 10.24517/00053227
• Source: https://kanazawa-u.repo.nii.ac.jp/?action=repository_action_common_download&item_id=46900&item_no=1&attribute_id=26&file_no=1
• Access Restrictions: 限定公開
• Rights (production): CC BY-NC-ND
• Related Material: https://kaken.nii.ac.jp/search/?qm=00135047; https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14580536/; https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-14580536/145805362004kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/
• Data Provider (Database): 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）; https://irdb.nii.ac.jp
• Original Data Provider (Database): 金沢大学 : 金沢大学学術情報リポジトリKURA