【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NR3007
利用課題名 / Title
有機半導体材料の創生とそれらを用いる太陽電池に関する研究
利用した実施機関 / Support Institute
奈良先端科学技術大学院大学 / NAIST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion
キーワード / Keywords
太陽電池/ Solar cell,核磁気共鳴/ Nuclear magnetic resonance, 質量分析/ Mass spectrometry
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
奥本 健二
所属名 / Affiliation
株式会社奥本研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
淺野間 文夫様,藤原 正裕様,小池 徳貴様,山垣 美恵子様,西川 嘉子様
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）,機器利用/Equipment Utilization
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NR-102：400MHz 固体・溶液NMR
NR-402：大気中光電子分光装置
NR-501：マトリックス支援レーザーイオン化Spiral飛行時間型質量分析計
NR-701：示差走査熱量計・示差熱熱重量同時測定装置
NR-201：多機能分析走査電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ペロブスカイト太陽電池は、軽くて柔軟な太陽電池パネルが実現可能となることから、次世代太陽電池として開発が進められている。
ペロブスカイト太陽電池は、光を吸収して発電するペロブスカイト多結晶層と正孔輸送層や電子輸送層などを積層した多層構造を有している。したがって、ペロブスカイト太陽電池の性能やコストは、ペロブスカイト多結晶層のみでなく、正孔輸送層や電子輸送層にも強く依存する。
当社は、ペロブスカイト太陽電池用の正孔輸送材料に着目して開発を進めてきた。これまでに、PTAAとよばれるトリフェニルアミン系の高分子材料の低コスト・高純度の合成法を確立して、量産が可能な体制を構築している。 本検討では、ペロブスカイト太陽電池の高性能化を目指して新規なPTAA誘導体の開発を行った。さらに、開発した新規材料をペロブスカイト太陽電池に適用した際の性能を評価するために、自社内でペロブスカイト太陽電池の試作・評価を試みた。
実験 / Experimental
３種類の新しいPTAA誘導体、PTAA001、PTAA003、PTAA004の分子構造を設計し、合成を行った。
重合前のモノマーを1H-NMRや質量分析で同定するとともに、重合後の高分子化合物をゲル浸透クロマトグラフィーや1H-NMRによって評価した。
同定した各高分子化合物は、サイクリックボルタンメトリーによって酸化電位を測定するとともに、大気圧光電子分光法によって最高被占有軌道（HOMO）のエネルギー準位を見積もった。また、吸収スペクトルからHOMO-LUMOエネルギー差を見積もるとともに、示差走査熱量測定によって耐熱性の指標であるガラス転移温度の測定を行った。
ペロブスカイト太陽電池の試作にあたっては、ペロブスカイト多結晶膜を作成して、多結晶の粒径と膜厚を走査型電子顕微鏡によって評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
合成したPTAA001のHOMOエネルギー準位は、-5.15eVと見積もられ、PTAAの-3.29eVよりも浅く調整することができた。PTAA003のHOMOエネルギー準位は、-5.59eVと見積もられ、PTAAの-5.29eVよりも深く調整することができた。PTAA004のHOMO-LUMOエネルギーギャップは3.46eVであり、PTAAの3.01eVよりもワイドギャップとなり、可視光に対する透過性が高い。
ペロブスカイト多結晶層の走査型電子顕微鏡評価を行ったところ、粒径が100~200nmで膜厚が500nm程度であることが分かった。当社で試作したペロブスカイト太陽電池の性能は、PTAAを用いたものでエネルギー変換効率が10%程度にとどまっている。今後、論文程度のエネルギー変換効率～20%を安定的に得られるようなデバイスプロセスを確立して、PTAA誘導体の太陽電池性能をPTAAと比較する予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
本開発の分析でお世話になった奈良先端科学技術大学院大学の小池様、淺野間様、藤原様、西川様、山垣様に厚く御礼申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：2件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件