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KIST、大面積製造が可能な高効率有機太陽電池を開発

プラスチック基盤のフレキシブル太陽電池製造に期待


KIST(韓国科学技術研究院、イ・ビョングォン院長)は同研究院光電ハイブリッド研究センターのソン・ヘジョン博士研究チームが大面積での製造が可能な低温工程用の高分子新素材を開発し、これを太陽電池の光活性層素材に使用して高効率の有機太陽電池を開発したと1月24日に発表した。

光活性層は太陽光を吸収して得た光エネルギーで電力を生産する電極の間の層を指す。

有機太陽電池は高分子素材の軽くて柔軟な特性があり太陽電池に最も適している。活性領域(0.1㎠以下)が小さく高効率を示すが、広い面積では再現性が低くこれが有機太陽電池の商業化のさまたげとなっていた。

研究チームは既存の高分子光活性層素材を代替する新たな高結晶性の伝導性高分子を開発し、太陽電池の光活性層素材に利用した。研究チームの開発した高分子は従来よりも高い溶解度を示し低温で溶液を利用した工程で大面積の製造が可能。

研究チームは既存の高結晶性高分子の過度の固まり現象を解決する第3の物質を二種類以上の単量体がつながった高分子に導入して合成した。その結果、高い結晶性と優れた電気的特性を示し溶液によく溶けて溶液工程に適した新たな高分子素材の製造に成功した。

既存の高分子を利用した素子に比べて1㎠の活性領域を基準にして30%程度の効率向上を示し、最高で9.45%の高い光電変換効率を記録した。既存の有機太陽電池の光活性層の厚さが100㎚以上である場合、低い電荷移動度特性で効率が減少することが大部分だった。こうした点は太陽光を吸収する制限となり大面積工程時に活性層の厚さの調節が困難だった。

研究チームの開発した光活性層高分子素材で光活性層の厚さを350㎚以上にして製造した際にはむしろ光電変換効率が向上することが分かった。研究に当ったソン・ヘジョン博士は「本研究の結果は有機太陽電池の性能だけでなく大面積化に寄与するだろう。有機太陽電池商業化のための素材開発にガイドラインを提示できると思う」と述べた。

研究結果はエネルギー分野の国際学術誌『Advanced Energy Materials』電子版に2017年12月27日付で掲載された。






[2018-01-31]

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