研究開発された技術紹介

太陽電池分野の基盤を担う中小製造業の基盤技術の高度化を目的として、これらに応用される高機能材料の新規合成基盤技術の研究開発を行う。色素増感有機太陽電池や固体薄膜系有機太陽電池の高性能化のために、タンデム型セル用増感色素や導電物質等の探索物質を液相自動合成装置により迅速合成する技術と導電性基板の高効率化を付与した導電性基板フィルムの開発を一体化した合成基盤技術開発を行うものである

機能性色素の開発
・色素増感太陽電池用の可視光領域のセル特性→開放電圧0.6V以上、短絡電流密度12mA/cm2以上、または変換効率10%
・色素増感太陽電池用の近赤外光領域のセル特性→変換効率5%結晶性導電材料の開発
・有機薄膜太陽電池用の近赤外光領域のセル特性→変換効率2%機能性フィルムの開発
・有機太陽電池用のセル特性→既存の変換効率の50%改善
(新技術)
特徴
・多種類の近赤外域の増感色素が存在
・合成プロセスが半自動化
・大学と異分野企業とのコンソーシアム形成で対応
・タンデム型セルに対応する部材開発により革新的改善手法を確立

・可視光領域で増感効果を示す機能性色素を開発
-スクアリリウム系増感色素で示されていた低開放電圧を、アンカー基や電解液組成の最適化により開放電圧0.6V以上の増感色素を見出した
-カルボン酸を有するスクアリリウム系増感色素において非共役連結基で電子アクセプタ―部位として、テトラシアノアントラキノンを導入することで、開放電圧0.66Vを示すことを見出した
・近赤外域領域で増感効果を示す機能性色素を開発
-ジシアノメチレン基を持つ色素で、アンカー基を複数導入することで短絡電流密度が著しく改善され、近赤外光域での変換効率3.6%を達成
-さらに、既存のルテニウム系増感色素とスクアリリウム系増感色素を共存させることが、セル変換効率の改善に有効で、サブモジュールでも6.7%の変換効率を確認
・溶解性に優れた近赤外結晶性導電性材料の開発に成功
-近赤外領域の波長域に吸収帯を有する結晶性導電材料を作製し、これを光活性層とした有機薄膜太陽電池を開発したところ、近赤外光領域で3.2%の光電変換効率を得た
-スクアリリウム系色素コンポーネントに換えてモノアゾ系色素を有する新規π共役系高分子を設計し、合成に成功
・機能性フィルムを開発
-PETフィルム上にレジストを用いて山型形状に表面加工したものを色素増感太陽電池セル用反射フィルムに用いると、セルの量子効率や変換効率が13～18%程度改善
-反射防止フィルムでもセルの量子効率が15%改善されたことから、最大33%程度の変換効率改善が可能であることを確認

・特許:「スクアリリウム化合物、それを含む薄膜および有機薄膜太陽電池」(特許出願番号2012-67512)
・論文:T.maeda, H.Nakao, H.Kito, H.Ichinose, S.Yagi, H.Nakazumi, “Far-red Absorbing Squarylium Dyes with Terminally connected Electron-accepting Units for Organic Dyes-sensitized Solar cells” (Dyes and pigments, 90, 275-283, 2011. 9), H.Nakao, T.maeda, H.Nakazumi, “Near infrared-absorbing π-Extended Squarylium-based Dyes with Dicyanovinylene Substitution for Dye-sensitized Solar cell Applications” (Chemistry Letters, 42, 25-27, 2013. 1)
・出展:PV Japan 2010 (H22.10), PV Japan 2011 (H23.12)

開発した合成基盤技術により、スクアリリウム系色素を誘導化することができ、有機太陽電池用機能性材料の開発のみならず、スクアリリウム系色素の特性を活かした誘導化にも応用できる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
・有機太陽電池用機能性材料開発支援
・スクアリリウム系色素開発支援

・合成基盤技術を用いた機能性有機材料の売上実績あり
・太陽電池素子製造などの周辺会社への情報収集を展開する

・効率改善→近赤外用色素の開発支援。-開発した近赤外増感色素は色素増感太陽電池で2.4～3.6%のセル変換効率を示す。-近赤外p型半導体はバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池で3.2%のセル変換効率を示す
・低価格→開発した機能性物質を用いて低価格な有機太陽電池の実用化の促進
・合成基盤技術→特性を有するスクアリリウム系色素の合成技術支援

販路開拓に向け、展示会出展、学会発表、論文発表を進めていく
・サポイン事業で開発した有機太陽電池用色素や合成技術技術の販路開拓として、展示会出展、学会発表、論文発表を進めていく
・本研究で開発した特に近赤外増感色素や近赤外p型半導体は、これまで皆無であった領域の光電変換を可能にするものであるが、サブモジュールでの評価とこれまでの研究結果と異なることから、更なる高効率化のためのセル作製条件の最適化や増感色素の改良等を実施する予定。また、機能性フィルムの改良とコストの両立、表面加工技術等の課題に対して補完研究を実施する
・開発した増感色素は、学会発表などを通じて情報提供を行いつつ、太陽電池素子製造各社に紹介、提供する予定。サンプル提供の依頼企業での評価結果を参考に、少量生産規模を決定し、セル製造企業である情報家電企業で高効率な有機太陽電池の実用化を目指す
・スクアリリウム色素開発で得られた知見を基に、有機太陽電池用機能性材料の開発やスクアリリウム系色素の開発の支援を展開していく。