高効率で熱的安定性の優れた有機太陽電池を得るためのフラーレン誘導体に基づいたドナー-アクセプター界面安定材

LI Junli; ZHU Xiaoguang; YUAN Tao; SHEN Jiulin; LIU Jikang; ZHANG Jian; TU Guoli

文献

J-GLOBAL ID：201702232486930819 整理番号：17A0617564

高効率で熱的安定性の優れた有機太陽電池を得るためのフラーレン誘導体に基づいたドナー-アクセプター界面安定材

Donor-Acceptor Interface Stabilizer Based on Fullerene Derivatives toward Efficient and Thermal Stable Organic Photovoltaics

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資料名：
巻： 9 号： 7 ページ： 6615-6623 発行年： 2017年02月22日
JST資料番号： W2329A ISSN： 1944-8244 CODEN： AAMICK 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：アメリカ合衆国 (USA) 言語：英語 (EN)

単接合の有機太陽電池のエネルギー変換効率(PCE)は,20%を超えるほどまで来たが,バルクヘテロ接合(MHJ)有機太陽電池は,その応用分野によっては決定的な問題が依然として存在しており,例えば,大面積デバイスではPCEが低く寿命が短い。OPVの安定性は,使用材料の安定性,有機物活性層/金属電極界面の特性,そして活性層界面の安定性に影響される。中でも,混合された活性層のモフォロジーが,OPVの性能と寿命に影響を与える鍵となる。活性層は,電子のドナーとアクセプタ材料で構成されているために,典型的な励起子拡散長は10-20nmに限られている。従って,光起電力層は,ドナー及びアクセプタ材料によるナノスケールの相互浸透ネットワークで構成されていなければならない。この適切な相分離により,励起子の分離と電荷の輸送が改善され,デバイス性能が向上する。本論文では,アルキル化して機能化したフラーレン誘導体である,【6,6】-フェニル-C61-ブタン酸(3,5-ビス(オクチルオキシ)フェニル)メチルエステル(PCB-C8oc)に基づく海面安定化材を合成し,OPVに適用した。このPCB-C8ocは,フェニル-C61-ブタン酸メチルエステル(PCBM)の一部を置き換え,ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)の界面に分配される。それにより,熱的に安定で高いPCEのOPVを実現させるP3HT/PCBM/PCB-C8ocの三元混合体が形成される。2つの機能を持つPCB-C8ocは,電子のドナーとアクセプタ間の相分離を阻害し,それにより,デバイスの長時間高温熱処理安定性を改善する。150°C48時間の熱処理によるPCEの劣化に対する効果は,PCB-C8oc無添加の場合,初期値3.53%が,0.73%まで劇的に劣化したのに対して,10wt%添加すると,初期値3.54%が,2.88%までしか劣化しなかった。類似の材料(PTB7/PCBM)を用いたデバイスにおいても同様な効果を確認し,これらの結果からアルキル鎖間の相互反応を用いることは,モフォロジー改善の制御に有効で実用的な方法であることが分かった。

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太陽電池 , 固体デバイス材料 , 有機化合物の薄膜 , 固体デバイス計測・試験・信頼性

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