有機エレクトロニクス材料 Plexcore® PVインクキット

世界のエネルギー需要の急増によって、コスト競争力がありしかも環境に負担をかけない新規技術の開発が急務になっています。太陽光発電は周知のようにクリーンで再生可能なエネルギー源ですが、シリコンを基盤とした現在の太陽電池技術ではコストの点でまだ課題が残っているため、その利用は限られています。プリント技術を用いて作製される太陽電池（シリコンの替わりにインクを使用します！）によってポータブルで既存の送電網を用いない太陽エネルギーの利用が可能となります。そして、将来的には低コストでエネルギーを生み出すことのできるオングリッドの用途にも用いられることでしょう。 近年、プリンテッド太陽光発電の性能は著しく進歩しています。アルドリッチは、この分野での代表的な企業であるPlextronics社の開発したPlexcore®製品を研究用途にご提供しております。

図1 Plexcore® PV 1000製品の外観

Plexcore^® PVはすぐに実験に使用できる溶液タイプで、高性能プリンテッド太陽電池をいつも一定の性能で安定して作製することができます。Plexcore^® PVには2種類のインクが含まれています。ひとつは光活性インク（P3HT:PCBMのp型/n型混合系、図2）で、もうひとつはホール輸送インクで、共に溶液プロセスで用いることが可能です。

p-type semiconducting (P3HT)： poly(3-hexylthiophene)

n-type semiconducting (PCBM)： [6,6]-phenylbutyric acid methyl ester誘導体

図2　Plexcore^® PV 1000に含まれる光活性インクの成分

表1　Plexcore^® PV 1000キットのキット構成（711349）

Plexcore® PV 1000 photoactive ink	Plexcore® PV 1000 hole transport ink
Organic Semiconductor Ink for absorbing layers (PCBM/P3HT mixture)	Conductive ink for hole transport layers (sulfonated polythiophene formulation)
Form：Liquid Color：Dark Red Concentration：2.2 wt. % in dichlorobenznen Viscosity：3-9 cP Size：25 ml	Form：Liquid Color：Dark blue Concentration：2 wt. % in ethylene glycol butyl ether /water(2:3) Viscosity：4 - 8 cP PH：1.8 - 2.8 Surf. Tension：32 - 38 dynes/cm3 Size：25 ml

プリンテッド太陽電池では、図3のように光活性層で太陽光を集めることで正負の荷電キャリアを生成します。これらのキャリアは導電性電極（カソードと透明アノード電極）に移動して回路を形成します。ホール輸送層とアノードのエネルギー準位を最適化することで、ホール輸送層は光活性層からの正電荷の抽出を著しく改善します。この光活性層からの正電荷の移動が、有機太陽電池の効率を左右します。Plexcore^® PVの2種類のインクによって安定的な高効率デバイスの作製が可能となり、太陽光をより効率的に電気エネルギーに変換することができます。

図3　Plexcore^® PV 1000を用いた有機太陽電池（OPV）のデバイス構造

図4に、米国国立再生可能エネルギー研究所（NREL）によって測定・認定された、Plexcore^® PVを用いた有機太陽電池の性能を示します。その発電効率は3.83%で、Fill Factor（FF）は64.7%です。

図4　NRELによって認定されたPlexcore^® PV 1000を用いて作製された有機太陽電池の電流-電圧曲線

この太陽電池の標準化外部量子効率スペクトル（EQE: external quantum efficiency、図5）から、300から650nmの波長の光を効率的に吸収し高い量子効率を示すことがわかります。表2にPlexcore^® PV 1000を用いた場合の長所と特性を示します。

図5　NRELによる標準化された外部量子効率スペクトル（EQE）

表2　Plexcore^® PV 1000の長所

	特徴	長所
調整済みの溶液で提供	プリント特性と性能の最適化 溶液プロセス可能なインク 作製に必要な初期パラメータの記載されたアプリケーションガイド	合成や溶液調整が必要ない 真空蒸着が必要ない デバイスの作製時間を短縮できる
高効率	NRELで認定された3.83%の効率の有機太陽電池の作製が可能なPlextronics社の技術 ホール輸送層インクに他の光活性インクを用いることも可能	Plexcore® PVを利用することによって研究開発がスムーズになる
一定した信頼性の高い材料供給	各インクは25mlのサイズで供給 商業スケールで製造されたポリマー	ロット間のばらつきを最小限にしたことで、デバイス構造など有機太陽電池システムの開発に注力可能

Plexcore^® PV 1000インクを使ったデバイス作製に関する詳細な情報は「Tech Bulletin AL-256（英語版pdf）」もご参考ください。

アルドリッチでは、

• Plexcore^® OS ： 高純度P3HT有機半導体
• Plexcore^® OC ： スルホン化ポリチオフェン（Poly(thiophene-3-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]-2,5-diyl), sulfonated）溶液

も取り扱っております。

Plexcore is a registered trademark of Plextronics, Inc. Product of Plextronics, Inc. U.S. Patent 6,166,172.

 

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