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有機太陽電池用有機材料の評価装置および評価方法 新技術説明会

国内特許コード P150011267
掲載日 2015年2月2日
出願番号 特願2012-531930
登録番号 特許第5354632号
出願日 平成24年3月8日(2012.3.8)
登録日 平成25年9月6日(2013.9.6)
国際出願番号 JP2012055993
国際公開番号 WO2013024602
国際出願日 平成24年3月8日(2012.3.8)
国際公開日 平成25年2月21日(2013.2.21)
優先権データ
  • 特願2011-177637 (2011.8.15) JP
発明者
  • 佐伯 昭紀
  • 関 修平
発明の名称 有機太陽電池用有機材料の評価装置および評価方法 新技術説明会
発明の概要 本発明に係る評価装置1は、サンプルにパルス白色光又はレーザーパルス光を照射する光照射部2と、有機材料12にマイクロ波を照射して、有機材料12を透過したマイクロ波の強度を検知するマイクロ波照射部・マイクロ波検知部8と、マイクロ波を有機材料12に複数回透過させるマイクロ波透過部7と、パルス白色光又はレーザーパルス光の照射時における有機材料12を透過したマイクロ波の強度とパルス白色光又はレーザーパルス光の非照射時における有機材料12を透過したマイクロ波の強度とに基づいてサンプルの光電変換特性を評価する評価部10とを有する。
従来技術、競合技術の概要



現在、家庭および大規模発電施設で利用されている太陽電池は、すべてシリコンやCuInSeなどの無機化合物半導体を用いた無機太陽電池であり、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変える光電変換効率は10-20%である(例えば、非特許文献1)。しかし、無機太陽電池は、シリコンの結晶化や成膜プロセスに多くのコストがかかり、初期投資を回収するには、さらなる光電変換効率の向上と低コスト化が必要とされる。





一方、有機薄膜太陽電池や色素増感太陽電池等の、活性層や電荷輸送物質に有機物を用いる有機太陽電池は、低コストである点、軽量でフレキシブルな発電デバイスを実現可能である点から、次世代太陽電池として期待されている。そのため、有機太陽電池用の新規材料の開発、製造プロセスの改善、デバイス構造の最適化、大面積化、さらにRoll-to-roll方式による高生産性プロセスの適用など、有機太陽電池に関する様々な研究が、世界中の産業界・研究機関・大学で行われている。





その中でも特にバルクヘテロジャンクション(Bulk Heterojunction:BHJ)型と呼ばれる有機薄膜太陽電池は、製造プロセスが簡便で、多様な有機材料を用いることができることから、更なる低コスト化の可能性があり、次世代太陽電池の有力候補の一つとして位置づけられている(例えば、非特許文献2)。BHJ型有機薄膜太陽電池では、高分子ドナー材料とアクセプター材料が混合された発電層を有しており、高分子ドナー材料とアクセプター材料がナノスケールで相分離することで電荷を容易に分離させる。アクセプター材料としては、フラーレン誘導体(主としてPCBM([6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester(フェニルC61酪酸メチルエステル)))がよく知られている。





図7は、BHJ型有機薄膜太陽電池100の光電変換原理を説明するための概略図である。BHJ型有機薄膜太陽電池100は、高分子のドナー101とフラーレン誘導体(主としてPCBM)のアクセプター102とが混合されて形成される。ドナー101に光が照射されると、正孔と電子とがペアとなって結合している励起子が生成される。励起子は接合面まで拡散し、自由なキャリアに解離する。これにより、電子はアクセプター102に移動して電極104から取り出され、正孔はドナー101の電極103から取り出される。

産業上の利用分野



本発明は、有機薄膜太陽電池や色素増感太陽電池等の有機太陽電池に用いられる有機材料の光電変換特性を評価するための評価装置および評価方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
有機太陽電池に用いられる有機材料の光電変換特性を評価する評価装置であって、
上記有機材料にマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、
上記マイクロ波照射部から照射されたマイクロ波を上記有機材料に複数回透過させるマイクロ波透過部と、
パルス幅が10μs~1msのパルス白色光を上記有機材料に照射するキセノン・フラッシュランプからなる光照射部と、
上記有機材料を透過したマイクロ波の強度を検知するマイクロ波検知部と、
上記パルス白色光の照射時における上記有機材料を透過したマイクロ波の強度と上記パルス白色光の非照射時における上記有機材料を透過したマイクロ波の強度とに基づいて上記有機材料の光電変換特性を評価する評価部とを有し、
前記評価部が、前記パルス白色光の非照射時における前記有機材料を透過したマイクロ波の強度と、前記パルス白色光の照射時における前記有機材料を透過したマイクロ波の強度との差の時間的変化が緩やかなほど前記有機材料の光電変換特性が優れていると評価することを特徴とする評価装置。

【請求項2】
前記評価部が、前記パルス白色光の非照射時における前記有機材料を透過したマイクロ波の強度と、前記パルス白色光の照射時における前記有機材料を透過したマイクロ波の強度との差が大きいほど、前記有機材料の光電変換特性が優れていると評価することを特徴とする請求項1に記載の評価装置。

【請求項3】
有機太陽電池に用いられる有機材料の光電変換特性を評価する評価装置であって、
上記有機材料にマイクロ波を照射するマイクロ波照射部と、
上記マイクロ波照射部から照射されたマイクロ波を上記有機材料に複数回透過させるマイクロ波透過部と、
パルス幅が10μs~1msのパルス白色光を上記有機材料に照射するキセノン・フラッシュランプからなる光照射部と、
上記有機材料を透過したマイクロ波の強度を検知するマイクロ波検知部と、
上記パルス白色光の照射時における上記有機材料を透過したマイクロ波の強度と上記パルス白色光の非照射時における上記有機材料を透過したマイクロ波の強度とに基づいて上記有機材料の光電変換特性を評価する評価部とを有し、
前記評価部が、物理量φΣμ (cm/Vs)
(ただし、φは1フォトン吸収あたりの電荷キャリア生成効率、Σμは正負電荷のTRMC電荷移動度の和を示す。)
が大きいほど、かつ、上記の物理量の時間的変化が緩やかなほど前記有機材料の光電変換特性が優れていると評価することを特徴とする評価装置。

【請求項4】
有機太陽電池に用いられる有機材料の光電変換特性を評価する評価方法であって、
上記有機材料にマイクロ波を照射するマイクロ波照射ステップと、
上記マイクロ波照射ステップにおいて照射されたマイクロ波を上記有機材料に複数回透過させるマイクロ波透過ステップと、
キセノン・フラッシュランプからなる光照射部によりパルス幅が10μs~1msのパルス白色光を上記有機材料に照射する光照射ステップと、
上記有機材料を透過したマイクロ波の強度を検知するマイクロ波検知ステップと、
上記パルス白色光の照射時における上記有機材料を透過したマイクロ波の強度と上記パルス白色光の非照射時における上記有機材料を透過したマイクロ波の強度とに基づいて上記有機材料の光電変換特性を評価する評価ステップとを有し、
前記評価ステップが、前記パルス白色光の非照射時における前記有機材料を透過したマイクロ波の強度と、前記パルス白色光の照射時における前記有機材料を透過したマイクロ波の強度との差の時間的変化が緩やかなほど前記有機材料の光電変換特性が優れていると評価することを特徴とする評価方法。

【請求項5】
前記評価ステップが、前記パルス白色光の非照射時における前記有機材料を透過したマイクロ波の強度と、前記パルス白色光の照射時における前記有機材料を透過したマイクロ波の強度との差が大きいほど、前記有機材料の光電変換特性が優れていると評価することを特徴とする請求項4に記載の評価方法。

【請求項6】
有機太陽電池に用いられる有機材料の光電変換特性を評価する評価方法であって、
上記有機材料にマイクロ波を照射するマイクロ波照射ステップと、
上記マイクロ波照射ステップにおいて照射されたマイクロ波を上記有機材料に複数回透過させるマイクロ波透過ステップと、
キセノン・フラッシュランプからなる光照射部によりパルス幅が10μs~1msのパルス白色光を上記有機材料に照射する光照射ステップと、
上記有機材料を透過したマイクロ波の強度を検知するマイクロ波検知ステップと、
上記パルス白色光の照射時における上記有機材料を透過したマイクロ波の強度と上記パルス白色光の非照射時における上記有機材料を透過したマイクロ波の強度とに基づいて上記有機材料の光電変換特性を評価する評価ステップとを有し、
前記評価ステップが、物理量φΣμ (cm/Vs)
(ただし、φは1フォトン吸収あたりの電荷キャリア生成効率、Σμは正負電荷のTRMC電荷移動度の和を示す。)
が大きいほど、かつ、上記の物理量の時間的変化が緩やかなほど前記有機材料の光電変換特性が優れていると評価することを特徴とする評価方法。
産業区分
  • 試験、検査
  • 半導体
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012531930thum.jpg
出願権利状態 登録
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