光干渉を利用した増感作用による有機薄膜太陽電池の高効率化

Abstract

有機薄膜太陽電池 (organic photovoltaics, OPV) は，低温で安価な塗布プロセスによって製造可能な次世代太陽電池として注目されている．OPVの発電層には一般的に二種類の有機半導体材料の混合膜を用いるが，これに吸収帯の異なる有機半導体材料を第三成分として加えることで，光吸収領域が拡大しエネルギー変換効率を向上させることができる．本稿では，p型材料として高結晶性ポリマー，n型材料としてフラーレン誘導体を用い，第三成分として非フラーレンn型材料を加えた三元系OPVについて紹介する．この三元系素子では，第三成分はホストとなるポリマーおよびフラーレン誘導体より含有量が非常に少ないものの，ポリマーと同様の外部量子収率を示すことで，ホスト二元系素子に比べて大幅に効率が向上した．これは，光干渉効果により第三成分の光吸収が増幅されることに起因する．第三成分を少量加えるだけで高効率化が可能であるため，今後のOPV開発において重要な手法として期待される．

Significant improvement in the power conversion efficiency of organic photovoltaics has been made in the last decade. Ternary blend OPVs (organic photovoltaics), in which three organic semiconductors are blended to absorb wide range of the incident light, have shown to be an important strategy for improving the efficiency. Here, we show a ternary blend OPV system that used a high-crystalline polymer and a fullerene derivative as the host binary blend system and a nonfullerene n-type material as the third component. It was found that even with a small amount of the third component, optical absorption can be enhanced by the optical interference effect, which significantly boosted the efficiency of the ternary blend cell compared to the binary blend cell.