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有機薄膜太陽電池の最新技術 II

  • Leading-edge Technology for Thin Film Organic Photovoltaic Cell II
★ 大好評の前書から3年!第一線で活躍する総勢38名が最新技術を詳細に解説!
★ 低分子系、高分子系有機薄膜太陽電池の基礎から最新の進歩を詳述!
★ 実用化に向け形成されはじめた市場とその動向・将来展望を網羅!

商品コード: T0657

  • 監修: 上原赫・吉川暹
  • 発行日: 2009年1月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、316ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0075-7

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  • 低分子系,高分子系,バルクヘテロ接合,電子輸送材料,正孔輸送材料,導電性高分子,ポルフィリン,フラーレン,カーボンナノチューブ,塗布変換型有機半導体

刊行にあたって

 太陽光発電は、再生可能エネルギーの中でも特に潜在的な利用可能量が多く、エネルギー自給率の低い我が国の国産エネルギーとして重要な位置を占める可能性がある。
 第一世代のシリコン太陽電池は他の電源コストに比べ太刀打ちできない高価格がネックになっている。現行のシリコン太陽電池に比べて効率はやや劣るが低コストの第二世代の無機薄膜太陽電池が市場に出始めている。第二世代並みの低コストで、40%の高効率の第三世代の太陽電池は現在、基礎研究の段階にある。有機薄膜太陽電池はこれに対応できる有力候補の一つである。有機薄膜太陽電池の特長は、現在市場に出ている太陽電池よりもはるかに軽量で低コスト、しかも加工性が良く、いかなる形状や用途にも対応可能である。資源的制約もなく材料的にもエネルギー的にも環境調和型となりうる。
 本書は、2005年に刊行された「有機薄膜太陽電池の最新技術」(上原赫・吉川暹 監修、シーエムシー出版)以降の進歩と現時点での有機薄膜太陽電池の最前線を紹介し、将来を展望するため、有機薄膜太陽電池の各分野の第一線でご活躍中の研究者に執筆をお願いして実現したものである。前書が基礎理論と光合成、色素増感太陽電池および有機ELとの対比から、有機薄膜太陽電池の位置づけに力点が置かれていたのに対し、本書は内容を有機薄膜太陽電池に絞り込み、有機薄膜太陽電池の基礎データとその測定法、有機薄膜太陽電池用材料と素子構造の最近の進歩をふまえ、低分子系と高分子系の有機薄膜太陽電池の最新技術を詳述した。さらに、実用化を視野に入れ、市場動向や装置メーカー、材料メーカー、デバイスメーカーの動向にも注目した。本書が現時点におけるマイルストーンとしての役割を果たし、有機薄膜太陽電池の最新の研究開発動向の把握、そして新ビジネスへの進出の一助となれば誠に幸いである。
(「はじめに」より抜粋)

2009年1月  監修者を代表して 上原 赫

著者一覧

上原 赫   上原先端科学研究所(U-RIAST);大阪府立大学名誉教授
吉川 暹   京都大学 エネルギー理工学研究所 教授
長谷紘行   大阪府立大学 大学院工学研究科 電子・数物系専攻
内藤裕義   大阪府立大学 大学院工学研究科 電子・数物系専攻 教授
広光一郎   島根大学 総合理工学部 教授
関 修平   大阪大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 准教授
佐伯昭紀   大阪大学 産業科学研究所 助教
金藤敬一   九州工業大学 大学院生命体工学研究科 教授
北尾 修   (独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 太陽光エネルギー変換グループ 主任研究員
大月 穣   日本大学 理工学部 物質応用化学科 准教授
佐川 尚   京都大学 エネルギー理工学研究所 准教授
大野敏信   (地独)大阪市立工業研究所 有機材料研究部 研究主幹
市川 結   信州大学 繊維学部 化学・材料系 准教授
谷口彬雄   信州大学 繊維学部 化学・材料系 教授
森 竜雄   名古屋大学 大学院工学研究科 電子情報システム専攻 准教授
梅山有和   京都大学 大学院工学研究科 分子工学専攻 助教
今堀 博   京都大学 物質-細胞統合システム拠点 教授
平井義彦   大阪府立大学 大学院工学研究科 教授
坂口浩司   愛媛大学 大学院理工学研究科 教授;(独)科学技術振興機構 さきがけ
山岡弘明   三菱化学(株) 機能商品開発・管理部門 技術管理室 技術管理室長;プロジェクトPV 開発部長
荒牧晋司   (株)三菱化学科学技術研究センター 太陽電池プロジェクト 主幹研究員
福島達也   京都大学 化学研究所 分子材料化学研究領域
梶 弘典   京都大学 化学研究所 分子材料化学研究領域 准教授
當摩哲也   (独)産業技術総合研究所 太陽光発電研究センター 有機新材料チーム 研究員
平本昌宏   分子科学研究所 分子スケールナノサイエンスセンター 教授
但馬敬介   東京大学 大学院工学系研究科 応用化学専攻 助教
高橋光信   金沢大学 理工研究域 物質化学系 応用化学コース 教授
桑原貴之   金沢大学 理工研究域 物質化学系 応用化学コース 助教
藤田克彦   九州大学 先導物質化学研究所 准教授
大北英生   京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻 准教授
伊藤紳三郎   京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻 教授
藤井彰彦   大阪大学 大学院工学研究科 電気電子情報工学専攻 准教授
加福秀亙   (株)野村総合研究所 技術・産業コンサルティング部 副主任コンサルタント
前田佳宏   (株)野村総合研究所 技術・産業コンサルティング部 副主任コンサルタント
阪井 淳   パナソニック電工(株) 先行技術開発研究所 副参事
松本栄一   トッキ(株) R&Dセンター 技術開発グループ 課長
篠原真毅   京都大学 生存圏研究所 准教授
神野 浩   三洋電機(株) アドバンストエナジー研究所 ソーラーエナジー研究部 担当課長;工学博士

目次

第1章 有機薄膜太陽電池の最新動向
1. 有機薄膜太陽電池の課題と展望
1.1 はじめに
1.2 発電原理とセル構造
1.3 有機薄膜太陽電池の課題
1.4 有機薄膜太陽電池の実用化へのステップ
  
2. 有機太陽電池―国内外における研究開発動向
2.1 はじめに
2.2 有機太陽電池の開発の現状
2.3 今後の課題

第2章 有機薄膜太陽電池の基礎データとその測定法
1. バルクヘテロ接合を有する有機高分子太陽電池の電荷輸送機構
1.1 はじめに
1.2 電荷輸送測定法
1.2.1 空間電荷制限電流法
1.2.2 暗注入法
1.2.3 三角波による暗注入法
1.2.4 インピーダンス分光法
1.3 P3HT/PCBMバルクへテロ接合太陽電池の電荷輸送
1.4 パーコレーション電荷輸送
1.5 まとめ―P3HT/PCBMバルクへテロ接合太陽電池の電荷輸送向上に向けて

2. 有機薄膜太陽電池の内部電場の測定
2.1 はじめに
2.2 電場変調吸収分光法(Electroabsorption spectroscopy、略してEA法)による内部電場測定の原理
2.3 EA法によるMEH-PPV/PTCBIヘテロ接合型太陽電池の内部電場の観測
2.4 デバイス内の光強度分布のシミュレーション
2.5 おわりに

3. マイクロ波による共役分子の分子内電荷移動度の定量
3.1 はじめに
3.2 従来の電荷移動度評価法とマイクロ波伝導度測定法
3.3 溶液中の単一分子鎖の伝導特性
3.4 有機薄膜の光電気物性
3.5 有機単結晶
3.6 おわりに

4. 導電性高分子の電気物性とデバイス機能
4.1 はじめに
4.2 主な導電性高分子とその特徴
4.3 ポリチオフェン膜のデバイス特性
4.4 両極性電界効果トランジスタ
4.5 おわりに

5. 電子理論による色素の吸収スペクトルと遷移成分解析
5.1 はじめに
5.2 遷移成分解析(TCA)
5.2.1 Mulliken密度分布
5.2.2 グループ部分密度
5.2.3 TD-DFT
5.3 遷移成分解析(TCA)の応用例:N719色素
5.4 遷移成分解析(TCA)の特徴と実施例
5.5 おわりに

6. ポルフィリン類の組織化とそのエネルギー、電子移動特性
6.1 はじめに
6.2 ポルフィリン組織体の構造
6.3 光励起状態からの電子的過程
6.4 ポルフィリンの軸配位を利用したドナー・アクセプター系の電子移動
6.5 水素結合によるポルフィリンの組織化とエネルギー移動特性
6.6 おわりに

第3章 有機薄膜太陽電池用材料の最近の進歩
1. 超階層ナノ構造素子―新素子構造の提案と新材料開発
1.1 超階層ナノ構造素子の提案
1.2 これまでに提案されてきた新規素子構造とその開発動向
1.3 超階層ナノ構造素子の開発
1.3.1 高分子セルの高効率化
1.3.2 i層の厚膜化による低分子セルの高効率化
1.3.3 新たな電子輸送層(ETL)の開発
1.3.4 活性層(LAL)の新材料開発
1.3.5 ホール輸送層(HTL)の開発
1.4 将来展望

2. 有機薄膜太陽電池におけるフラーレン誘導体
2.1 はじめに
2.2 有機薄膜太陽電池
2.2.1 低分子ヘテロ接合型太陽電池
2.2.2 塗布変換型低分子ヘテロ接合型太陽電池
2.2.3 高分子バルクヘテロ接合型太陽電池
2.2.4 アクセプター(n型半導体)
2.3 おわりに

3. 電子輸送材料と正孔輸送材料の最近の進歩
3.1 はじめに
3.2 電子輸送材料
3.2.1 オキサジアゾール/ピリジン複合系電子輸送材料
3.2.2 トリアゾール/ピリジン系電子輸送材料
3.3 ホール輸送材料
3.4 おわりに

4. 有機積層構造材料の安定化
4.1 はじめに
4.2 正孔輸送材料の多結晶化現象
4.3 薄膜構造安定化のための手法―有機アロイ
4.4 多層化による薄膜構造の安定化
4.5 まとめ

5. カーボンナノチューブの光機能化
5.1 はじめに
5.2 SWCNTの性質および可溶化
5.3 共有結合によりポルフィリン修飾されたSWCNTの光電変換系への応用
5.4 フラーレン配列場としてのSWCNTの利用
5.5 まとめ

6. ナノインプリント法による有機材料のマイクロ・ナノ加工
6.1 はじめに
6.2 ナノインプリントとは
6.2.1 基本方式と転写方法
6.2.2 ナノインプリントの成立要件
6.3 ナノインプリントの特徴と応用
6.3.1 多様な材料への適応
6.3.2 多様な形状の成型
6.3.3 たんぱく質固定化樹脂を用いた病理検査への応用
6.4 高機能ナノインプリント技術
6.4.1 リバーサル・ナノインプリント法による3次元積層構造の作製
6.4.2 ハイブリッドナノインプリントによるマイクロ・ナノ混在構造の一括成型
6.4.3 ナノキャスティング法によるフィルム上へのナノ構造転写
6.5 おわりに

7. 電気化学エピタキシャル重合によるポリチオフェン単一分子細線の作製
7.1 はじめに
7.2 電気化学エピタキシャル重合による単一分子細線の作製
7.2.1 モノマー・ヨウ素混合法
7.2.2 表面核埋込法
7.3 異種分子ワイヤの連結
7.4 おわりに

8. 塗布変換型有機半導体の有機薄膜太陽電池への応用
8.1 はじめに
8.2 有機薄膜太陽電池の開発動向
8.3 変換型有機半導体
8.4 塗布変換型有機太陽電池
8.5 有機太陽電池高性能化へのマイルストーン、実用化のロードマップ
8.6 有機薄膜太陽電池の市場ニーズと将来展望
8.7 おわりに

9. 有機薄膜太陽電池の有機膜内の局所構造と光電変換特性
9.1 はじめに
9.2 光電変換メカニズムと性能評価
9.3 膜内構造と光電変換特性との相関関係
9.3.1 低分子系材料
9.3.2 高分子系材料
9.4 固体NMRによる分子レベルでの局所構造解析
9.5 おわりに

第4章 低分子系有機薄膜太陽電池の最新技術
1. 低分子系有機薄膜太陽電池の研究開発
1.1 はじめに
1.2 低分子系有機半導体材料
1.3 作製方法
1.4 最近のトピックス
1.4.1 バルクへテロに変わる“交互積層”
1.4.2 Vocの起源
1.4.3 タンデム化による高Vocの発現
1.5 おわりに

2. 低分子系有機薄膜太陽電池の基礎と最近の進展―有機半導体の超高純度化による高効率化と長期動作テスト
2.1 はじめに
2.2 有機太陽電池の基礎
2.3 p-i-n接合型有機太陽電池
2.4 ナノ構造制御技術
2.5 有機半導体の超高純度化技術の確立と変換効率向上
2.6 開放端電圧の増大
2.7 長期動作テストと大面積セル
2.8 まとめと今後の展望

第5章 高分子系有機薄膜太陽電池の最新技術
1. 半導体高分子を用いる有機薄膜太陽電池の最新技術
1.1 はじめに
1.2 高分子の立体規則性の制御
1.3 効率的な電荷収集のためのナノ構造制御
1.4 ドナー/アクセプターの共有結合
1.5 共役系ブロックコポリマーを用いたナノ構造制御
1.6 架橋反応を用いた構造の安定化
1.7 界面における自己組織化によるバッファ層形成
1.8 おわりに

2. 高耐久性有機薄膜太陽電池の研究開発
2.1 はじめに
2.2 有機薄膜太陽電池におけるドナー・アクセプター相互作用による効率的な光電荷分離
2.3 高耐久性逆型素子の開発
2.4 おわりに

3. ESDUS法による高分子太陽電池の構造制御
3.1 はじめに
3.2 ESDUS法
3.3 積層構造の構築
3.4 pn接合型太陽電池
3.5 バルクへテロ接合型(BHJ)太陽電池
3.6 おわりに

4. 共役高分子-フラーレン系有機太陽電池の界面設計と光電変換プロセスの解明
4.1 はじめに
4.2 交互吸着法による界面設計
4.2.1 交互吸着超薄膜の作製方法
4.2.2 電荷分離界面の設計
4.2.3 ナノ精度での膜厚の最適化
4.3 過渡吸収法による光電変換プロセスの解明
4.3.1 過渡吸収測定法とは
4.3.2 電荷キャリアの帰属
4.3.3 正孔輸送も担うフラーレン
4.4 おわりに

5. 相互浸透型有機ナノ界面の作製と有機薄膜太陽電池
5.1 はじめに
5.2 相互浸透型ヘテロ接合の作製と基礎特性
5.3 基板加熱蒸着効果
5.4 共蒸着層挿入効果
5.5 酸化物半導体層挿入効果
5.6 酸化物半導体ナノ構造層挿入効果
5.7 おわりに

第6章 有機薄膜太陽電池の実用化とその市場動向
1. 有機薄膜太陽電池市場について
1.1 急拡大を続ける世界の太陽電池市場
1.1.1 世界のエネルギー需要と太陽電池のポテンシャル
1.1.2 固定価格買取制度(FIT)による太陽電池市場の拡大
1.1.3 世界の太陽電池市場を牽引するドイツ市場の今後
1.1.4 太陽電池市場として注目されるその他の地域
1.2 太陽電池プレーヤと業界構造の変化
1.2.1 セルメーカシェアの変化
1.2.2 売り手市場から買い手市場へ
1.2.3 セルメーカの垂直統合戦略とターンキーメーカの躍進
1.3 有機薄膜太陽電池の将来市場
1.3.1 有機薄膜太陽電池の特徴
1.3.2 有機薄膜太陽電池市場への期待

2. 有機薄膜太陽電池の実用化動向と将来への期待
2.1 はじめに
2.2 実用化動向(開発動向)
2.2.1 有機薄膜太陽電池の開発経緯
2.2.2 実用化動向
2.3 将来への期待
2.3.1 期待されるブレークスルー技術
2.3.2 期待されるアプリケーション
2.4 おわりに

3. 装置メーカーからみた有機薄膜太陽電池の実用化と将来性
3.1 はじめに
3.2 セル構造
3.3 モジュール構造
3.4 フレキシブルモジュール
3.5 モジュール製造工程
3.6 モジュール製造技術
3.6.1 前処理
3.6.2 有機層の成膜技術
3.6.3 電極層の成膜技術
3.6.4 集積化
3.6.5 封止技術
3.7 製造装置
3.8 量産装置
3.9 実用化と将来性
3.10 おわりに

4. 宇宙太陽光発電と関連技術
4.1 はじめに
4.2 宇宙太陽発電所SPS
4.3 宇宙太陽発電所SPSの技術
4.4 宇宙太陽発電所SPSのスピンオフ/スピンイン技術
4.5 おわりに

5. 新規ドナー材料を用いた有機薄膜太陽電池
5.1 はじめに
5.2 ドナー材料の開発の必要性と現状
5.3 DBPを新規電子ドナー材料として導入
5.4 まとめ
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