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特集:有機薄膜太陽電池の新展開
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有機薄膜太陽電池の課題と展望
Task and Vision of Thin Film Organic Photovoltaic Cells
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上原赫(上原先端科学研究所(U-RIAST);大阪府立大学名誉教授)
太陽エネルギーの潜在的な可能性に比べて,その太陽電池への利用は微々たるものである。近年,有機薄膜太陽電池はウェットプロセスのバルクへテロ接合型の登場により,変換効率と耐久性の向上がめざましく,安価で高効率の太陽電池として実用化が視野に入ってきた。安定化バルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池を中心に,今後の課題と展望について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 発電原理とセル構造
3. 有機薄膜太陽電池の課題
4. 有機薄膜太陽電池の展望
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低分子系有機薄膜太陽電池の最新技術
Organic Solar Cells based on Small Molecular-weight Semiconductors
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斉藤和裕((独)産業技術総合研究所 太陽光発電研究センター 有機薄膜チーム 研究チーム長)
當摩哲也((独)産業技術総合研究所 太陽光発電研究センター 有機薄膜チーム 研究員)
低分子系の有機材料を用いた薄膜太陽電池は,その基本構造や作製法が有機EL素子と類似しているという特徴があり,20年以上にわたる研究開発の歴史がある。ここでは,低分子系の有機薄膜太陽電池の概要と最近の研究開発動向について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 成膜分子
3. 作製方法
4. 最近のトピックス
4.1 交互積層法
4.2 Vocの起源
4.3 モジュールの試作
5. おわりに
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超階層ナノ構造をもつ有機薄膜太陽電池
Organic Thin-film Solar Cell with Supra-hierarchical Nano-structure
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吉川暹(京都大学 エネルギー理工学研究所 教授)
佐川尚(京都大学 エネルギー理工学研究所 准教授)
有機薄膜太陽電池の高効率化には,「超階層ナノ構造素子」の構築により,バルクヘテロ接合の理論限界を超える10%以上の効率をめざすことが目標となる。その際,特に電子輸送層(ETL),活性層(LAL),ホール輸送層(HTL)など1次元構造をもつ新規ナノ材料の開発が不可欠であり,その積層技術・自己組織化技術などの技術開発とともにナノテクノロジーがキーとなるものと考えている。
【目次】
1. バルクへテロ接合から超階層ナノ構造素子へ
2. 超階層ナノ構造素子の構築
2.1 高分子セルの高効率化
2.2 i層の厚膜化による低分子セルの高効率化
3. 電子輸送層(ETL)の開発
4. 活性層(LAL)の開発
5. ホール輸送層(HTL)の開発
6. 今後の展望と課題
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超高純度有機半導体を用いた高効率有機薄膜太陽電池
Efficient Organic Thin-film Solar Cells using High-purified Organic Semiconductors
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平本昌宏(分子科学研究所 分子スケールナノサイエンスセンター)
有機薄膜太陽電池の基本構造であるp-i-n接合型セルについて,効率向上に不可欠な,バルクへテロ共蒸着i層のナノ構造設計技術,および有機半導体の超高純度化技術について述べる。この技術において,5.3%の世界最高の変換効率を得ている。また,有機太陽電池の信頼性評価のための長期動作試験の結果についても述べる。
【目次】
1. はじめに
2. p-i-n接合型有機固体太陽電池
3. ナノ構造制御技術
4. 大面積セル作製技術
5. 有機半導体の超高純度化技術と厚いi層をもつ高効率p-i-nセルの作製
6. 長期動作テスト
7. おわりに
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半導体高分子を用いる有機薄膜太陽電池の最新技術
Recent Technologies for Semiconducting Polymer Solar Cells
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但馬敬介(東京大学 大学院 工学系研究科 助教)
半導体ポリマーを用いた薄膜太陽電池は,低コスト,軽量,大面積化やフレキシブル化が可能であるなど多くの利点をもっており,近年注目を集めている。本稿では,主に薄膜中の電荷輸送および電極での電荷収集のプロセスの効率化をめざして,それぞれに適した薄膜中のナノ構造制御の観点から材料開発と構造構築を試みた,最近のわれわれの研究について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 高分子の立体規則性の制御
3. 混合薄膜中のミクロ相分離構造制御
4. 効率的な電荷収集のためのナノ構造制御
5. 表面偏析薄膜を用いたバッファー層の構築
6. おわりに
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ESDUS法による高分子太陽電池の構造制御
Controlled Structure of Polymer Photovoltaic Cells prepared by ESDUS Technique
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藤田克彦(九州大学 先導物質化学研究所 先端素子材料部門 准教授)
ポリマー太陽電池の動作機構解明や高性能化には,ドナー・アクセプターの積層や成分分布制御を行える手法の開発が必要である。同じ溶媒に可溶なポリマーでも積層できるESDUS法を用いてポリマー/ポリマーの積層型pn接合太陽電池を数種類作製したところ,同じポリマーの組み合わせで作製した混合型太陽電池よりも変換効率が高くなる傾向がみられ,膜厚方向の成分分布制御が重要であることがあらためて認識された。
【目次】
1. はじめに
2. ESDUS法
3. 積層構造の構築
4. pn接合型太陽電池
5. おわりに
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有機薄膜太陽電池の劣化と長寿命化
Analysis of Degradation Process and Lifetime Improvement of Organic Photovoltaics
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内田聡一(新日本石油(株) 研究開発本部 中央技術研究所 水素・新エネルギー研究所 エネルギーデバイスグループ チーフスタッフ)
有機薄膜太陽電池の効率が向上するにつれて,実用化に向けた耐久性の検討がよりいっそう重要になってきている。本章では,代表的な太陽電池特性であるJ-V特性の劣化に伴う変化に着目し,劣化と光電変換にかかわる素過程の関係について明らかにすることを試みた。
【目次】
1. はじめに
2. 有機薄膜太陽電池の劣化要因
3. 有機薄膜太陽電池の素過程
4. 有機薄膜太陽電池特性の経時変化とそのJ-V特性からの原因解析
4.1 暗所下での劣化と劣化の解析
4.2 封止素子の光照射下での劣化
4.3 真空下での光照射による劣化
5. おわりに
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有機薄膜太陽電池の市場動向
Market Trend on Organic Thin-film Solar Cells
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編集部
【目次】
1. 概要
2. 特徴
3. 市場規模
3.1 有機薄膜太陽電池の市場
3.2 太陽電池の総出荷推移
3.3 将来動向
4. 業界動向
(1) 産業技術総合研究所
(2) 三洋電機
(3) 新日本石油
(4) 米コルナカ社
(5) 米カリフォルニア大学サンタバーバラ校
(6) 大日本印刷
(7) トッキ
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シリーズ 分子エレクトロニクスの基盤技術
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単一分子発光デバイス
Single-Molecule Light-Emitting Devices
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伊藤彰浩(京都大学 大学院 工学研究科 分子工学専攻 准教授)
田中一義(京都大学 大学院 工学研究科 分子工学専攻 教授;(独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業)
【目次】
1. はじめに
2. 単一分子からの発光と単一分子ELデバイスの分子設計
2.1 単一分子の分光学的検出
2.2 単一分子ELデバイスの分子設計
3. 単一分子ELデバイスの報告例
3.1 ナノギャップ電極間に発生した金属ナノクラスターからの単一分子EL
3.2 単一カーボンナノチューブからなるアンバイポーラー型FETからの赤外EL
4. STM発光
5. おわりに
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分子ナノデバイス新機能の理論的予言
Theoretical Prediction of Novel Junctions of Molecular Nano-devices
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塚田捷(早稲田大学 大学院 先進理工学研究科 客員教授)
田上勝規(早稲田大学 ナノ理工学研究機構 客員講師)
光武邦寛(キヤノン(株) 先端技術研究本部 先端融合研究所 研究員)
【目次】
1. はじめに
2. 架橋分子の量子伝導の特徴―コヒーレントな伝導と散逸的な伝導―
3. 非平衡系の密度汎関数法
4. 原子細線の物性
5. 分子架橋系のコヒーレントな伝導
5.1 共鳴トンネル効果
5.2 リンケージ構造の効果
5.3 分子内電流
6. 散逸的な伝導―分子振動との相互作用―
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有機薄膜太陽電池の課題と展望
Task and Vision of Thin Film Organic Photovoltaic Cells
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上原赫(上原先端科学研究所(U-RIAST);大阪府立大学名誉教授)
太陽エネルギーの潜在的な可能性に比べて,その太陽電池への利用は微々たるものである。近年,有機薄膜太陽電池はウェットプロセスのバルクへテロ接合型の登場により,変換効率と耐久性の向上がめざましく,安価で高効率の太陽電池として実用化が視野に入ってきた。安定化バルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池を中心に,今後の課題と展望について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. 発電原理とセル構造
3. 有機薄膜太陽電池の課題
4. 有機薄膜太陽電池の展望
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低分子系有機薄膜太陽電池の最新技術
Organic Solar Cells based on Small Molecular-weight Semiconductors
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斉藤和裕((独)産業技術総合研究所 太陽光発電研究センター 有機薄膜チーム 研究チーム長)
當摩哲也((独)産業技術総合研究所 太陽光発電研究センター 有機薄膜チーム 研究員)
低分子系の有機材料を用いた薄膜太陽電池は,その基本構造や作製法が有機EL素子と類似しているという特徴があり,20年以上にわたる研究開発の歴史がある。ここでは,低分子系の有機薄膜太陽電池の概要と最近の研究開発動向について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 成膜分子
3. 作製方法
4. 最近のトピックス
4.1 交互積層法
4.2 Vocの起源
4.3 モジュールの試作
5. おわりに
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超階層ナノ構造をもつ有機薄膜太陽電池
Organic Thin-film Solar Cell with Supra-hierarchical Nano-structure
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吉川暹(京都大学 エネルギー理工学研究所 教授)
佐川尚(京都大学 エネルギー理工学研究所 准教授)
有機薄膜太陽電池の高効率化には,「超階層ナノ構造素子」の構築により,バルクヘテロ接合の理論限界を超える10%以上の効率をめざすことが目標となる。その際,特に電子輸送層(ETL),活性層(LAL),ホール輸送層(HTL)など1次元構造をもつ新規ナノ材料の開発が不可欠であり,その積層技術・自己組織化技術などの技術開発とともにナノテクノロジーがキーとなるものと考えている。
【目次】
1. バルクへテロ接合から超階層ナノ構造素子へ
2. 超階層ナノ構造素子の構築
2.1 高分子セルの高効率化
2.2 i層の厚膜化による低分子セルの高効率化
3. 電子輸送層(ETL)の開発
4. 活性層(LAL)の開発
5. ホール輸送層(HTL)の開発
6. 今後の展望と課題
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超高純度有機半導体を用いた高効率有機薄膜太陽電池
Efficient Organic Thin-film Solar Cells using High-purified Organic Semiconductors
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平本昌宏(分子科学研究所 分子スケールナノサイエンスセンター)
有機薄膜太陽電池の基本構造であるp-i-n接合型セルについて,効率向上に不可欠な,バルクへテロ共蒸着i層のナノ構造設計技術,および有機半導体の超高純度化技術について述べる。この技術において,5.3%の世界最高の変換効率を得ている。また,有機太陽電池の信頼性評価のための長期動作試験の結果についても述べる。
【目次】
1. はじめに
2. p-i-n接合型有機固体太陽電池
3. ナノ構造制御技術
4. 大面積セル作製技術
5. 有機半導体の超高純度化技術と厚いi層をもつ高効率p-i-nセルの作製
6. 長期動作テスト
7. おわりに
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半導体高分子を用いる有機薄膜太陽電池の最新技術
Recent Technologies for Semiconducting Polymer Solar Cells
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但馬敬介(東京大学 大学院 工学系研究科 助教)
半導体ポリマーを用いた薄膜太陽電池は,低コスト,軽量,大面積化やフレキシブル化が可能であるなど多くの利点をもっており,近年注目を集めている。本稿では,主に薄膜中の電荷輸送および電極での電荷収集のプロセスの効率化をめざして,それぞれに適した薄膜中のナノ構造制御の観点から材料開発と構造構築を試みた,最近のわれわれの研究について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 高分子の立体規則性の制御
3. 混合薄膜中のミクロ相分離構造制御
4. 効率的な電荷収集のためのナノ構造制御
5. 表面偏析薄膜を用いたバッファー層の構築
6. おわりに
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ESDUS法による高分子太陽電池の構造制御
Controlled Structure of Polymer Photovoltaic Cells prepared by ESDUS Technique
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藤田克彦(九州大学 先導物質化学研究所 先端素子材料部門 准教授)
ポリマー太陽電池の動作機構解明や高性能化には,ドナー・アクセプターの積層や成分分布制御を行える手法の開発が必要である。同じ溶媒に可溶なポリマーでも積層できるESDUS法を用いてポリマー/ポリマーの積層型pn接合太陽電池を数種類作製したところ,同じポリマーの組み合わせで作製した混合型太陽電池よりも変換効率が高くなる傾向がみられ,膜厚方向の成分分布制御が重要であることがあらためて認識された。
【目次】
1. はじめに
2. ESDUS法
3. 積層構造の構築
4. pn接合型太陽電池
5. おわりに
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有機薄膜太陽電池の劣化と長寿命化
Analysis of Degradation Process and Lifetime Improvement of Organic Photovoltaics
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内田聡一(新日本石油(株) 研究開発本部 中央技術研究所 水素・新エネルギー研究所 エネルギーデバイスグループ チーフスタッフ)
有機薄膜太陽電池の効率が向上するにつれて,実用化に向けた耐久性の検討がよりいっそう重要になってきている。本章では,代表的な太陽電池特性であるJ-V特性の劣化に伴う変化に着目し,劣化と光電変換にかかわる素過程の関係について明らかにすることを試みた。
【目次】
1. はじめに
2. 有機薄膜太陽電池の劣化要因
3. 有機薄膜太陽電池の素過程
4. 有機薄膜太陽電池特性の経時変化とそのJ-V特性からの原因解析
4.1 暗所下での劣化と劣化の解析
4.2 封止素子の光照射下での劣化
4.3 真空下での光照射による劣化
5. おわりに
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有機薄膜太陽電池の市場動向
Market Trend on Organic Thin-film Solar Cells
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編集部
【目次】
1. 概要
2. 特徴
3. 市場規模
3.1 有機薄膜太陽電池の市場
3.2 太陽電池の総出荷推移
3.3 将来動向
4. 業界動向
(1) 産業技術総合研究所
(2) 三洋電機
(3) 新日本石油
(4) 米コルナカ社
(5) 米カリフォルニア大学サンタバーバラ校
(6) 大日本印刷
(7) トッキ
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シリーズ 分子エレクトロニクスの基盤技術
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単一分子発光デバイス
Single-Molecule Light-Emitting Devices
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伊藤彰浩(京都大学 大学院 工学研究科 分子工学専攻 准教授)
田中一義(京都大学 大学院 工学研究科 分子工学専攻 教授;(独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業)
【目次】
1. はじめに
2. 単一分子からの発光と単一分子ELデバイスの分子設計
2.1 単一分子の分光学的検出
2.2 単一分子ELデバイスの分子設計
3. 単一分子ELデバイスの報告例
3.1 ナノギャップ電極間に発生した金属ナノクラスターからの単一分子EL
3.2 単一カーボンナノチューブからなるアンバイポーラー型FETからの赤外EL
4. STM発光
5. おわりに
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分子ナノデバイス新機能の理論的予言
Theoretical Prediction of Novel Junctions of Molecular Nano-devices
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塚田捷(早稲田大学 大学院 先進理工学研究科 客員教授)
田上勝規(早稲田大学 ナノ理工学研究機構 客員講師)
光武邦寛(キヤノン(株) 先端技術研究本部 先端融合研究所 研究員)
【目次】
1. はじめに
2. 架橋分子の量子伝導の特徴―コヒーレントな伝導と散逸的な伝導―
3. 非平衡系の密度汎関数法
4. 原子細線の物性
5. 分子架橋系のコヒーレントな伝導
5.1 共鳴トンネル効果
5.2 リンケージ構造の効果
5.3 分子内電流
6. 散逸的な伝導―分子振動との相互作用―
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