【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NU0204

利用課題名 / Title

エネルギー変換デバイス向けのナノ材料の研究や評価

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）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（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

X線光電子分光（XPS（硬X線を含む））/ X-ray photoelectron spectroscopy,X線回折/ X-ray diffraction,太陽電池/ Solar cell,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope,電子分光/ Electron spectroscopy

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)

松尾 豊

所属名 / Affiliation

名古屋大学大学院工学研究科　

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

上岡直樹,Miftakhul Huda,Achmad Syarif Hidayat,Wu dan,Wang Zunzhuo,山崎暖,石原尚昌

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-203：薄膜X線回折装置
NU-207：X線光電子分光装置
NU-204：原子間力顕微鏡

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や有機薄膜太陽電池の金属電極をカーボンナノチューブ薄膜電極に置き換え、これにさまざまなドーパントを付与し発電効率を上げることを目的とする。カーボンナノチューブ薄膜電極とドーパント効果について、原子間力顕微鏡やX線光電子分光法などを用いて解析を行う  

実験 / Experimental

１．逆型ペロブスカイト太陽電池の裏面電極にCNTを転写しn-ドーパントを滴下する。2. ITO透明電極基板の代わりにCNT分散液を噴霧した湿式CNT基板にn-ドーパントを付与し、順型有機薄膜太陽電池を作製する。3. 同様に湿式CNTにp-ドーパントを付与し逆型ペロブスカイト太陽電池を作製する。4. 順型ペロブスカイト太陽電池の裏面電極にCNTを転写しp-ドーパントを滴下する。 これらの太陽電池の光起電力特性や安定性について評価する。また、これらのドーパント効果や発電効率向上のメカニズムについて各解析装置を使って考察する。

結果と考察 / Results and Discussion

1. ｎ-ドーパントにトリフェニルホスフィンを付与すると高抵抗が発生したが、そこにうまく電荷輸送層のPCBMを複合させ、CNTをn型半導体を維持しつつ、発電効率の向上に成功した。XPSより、ドーパントに酸素結合が増大し、CNTに吸着した酸素がドーパントによって除去されている可能性を示唆した。またこの効果により、安定性が改善された。また、アミン系ドーパントにN-DMBIを使ったところさらに発電効率が向上した。2. 湿式CNTにn-ドーパントとしてTBDやPEIを付与した結果、順型有機薄膜太陽電池の発電効率の向上に成功した。原子間力顕微鏡により、PEIを塗布すると意外にも表面のラフネスが増大し、それにより発電層との接触界面が増大したことが発電効率の向上に寄与していると予想している。またイオン化ポテンシャルのエネルギーマッチが電荷輸送に大きな効果を示している。3.p-ドーパントにHNO3を蒸気ドープすると、CNT導電性がよくなることがわかった。これにより発電効率も上昇した。AuCl3はAu粒子がCNT表面に分散している様子が見られた。4. p-ドープすると、2,2,2-トリフルオロエタノールを付与するとペロブスカイト太陽電池の安定性が改善された。XPSより、CNTの表面に吸着していた親水基が除去され、これが耐湿性の向上に起因していると考えられる。

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)

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)

1. Naoki Ueoka, Facile Doping of 2,2,2-Trifluoroethanol to Single-Walled Carbon Nanotubes Electrodes for Durable Perovskite Solar Cells, Photochem, 4, 319-333(2024).
   DOI: https://doi.org/10.3390/photochem4030019
   
2. Man-Ge Cai, Heptamethine Cyanine Dye-Doped Single-Walled Carbon Nanotube Electrodes for Improving Performance of HTL-Free Perovskite Solar Cells, Molecules, 30, 60(2024).
   DOI: https://doi.org/10.3390/molecules30010060
   
3. Naoki Ueoka, Spray-coated carbon nanotubes as alternatives to ITO electrodes for inverted perovskite solar cells, Japanese Journal of Applied Physics, 64, 04SP38(2025).
   DOI: https://doi.org/10.35848/1347-4065/adc463
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. ACHMAD Syarif Hidayat, Naoki Ueoka, Mina Shimamoto, Hisayoshi Oshima, Yoshimasa Hijikata, Azusa Muraoka, Yutaka Matsuo, Theoretical and Experimental Insights into N-Type Doping of SWCNT Electrodes with Organophosphorus Compounds Toward Enhanced Efficiency in Inverted Perovskite Solar Cells, FNTG, ポスター発表, 2025年3月
2. Dan Wu, Xi-Yuan Yang, Jun-Zhuo Wang, Yong-Chang Zhai, Achmad Syarif Hidayat, Naoki Ueoka, Yutaka Matsuo, Normal-structure Perovskite Solar Cells Using Single-walled Carbon Nanotube Thin-film Transparent Cathodes at the Bottom, FNTG, ポスター発表, 2025年3月
3. Junzhuo Wang, Yongchang Zhai, Achmad Syarif Hidayat, Xuelin Zheng, Mange Cai, Chuyang Yu, Qiao Chen, Dan Wu, Dan Yamazaki, Naoki Ueoka, Miftakhul Huda, Yutaka Matsuo, pray-coated n-Type Single-walled Carbon Nanotubes Transparent Electrodes for Inverted Organic Solar Cells, FNTG, ポスター発表, 2025年3月
4. Naoki Ueoka, Achmad Syarif Hidayat, Hisayoshi Oshima, Yoshimasa Hijikata, Yutaka Matsuo, Effect of 2,2,2-Trifluoroethanol Doping on Single-Walled Carbon Nanotube Electrodes for Durable Perovskite Solar Cells, 2024 KJF, 口頭発表、2024年8月
5. Naoki Ueoka, Mizuki Yagisawa, Hisayoshi Oshima, Yutaka Matsuo, Development and application of carbon nanotube thin film electrodes via spray coating as alternatives to ITO electrodes for perovskite solar cells, PVSEC-35, ポスター発表, 2024年11月
6. 上岡直樹、ACHMAD Syarif Hidayat、大島久純、土方啓暢、松尾豊、CNT電極を用いた高耐久性ペロブスカイト太陽電池、日本化学会、口頭発表、2025年3月
7. 松尾 豊、上岡 直樹、Achmad Syarif Hidayat、大島 久純、土方 啓暢、単層カーボンナノチューブ薄膜電極を用いた逆型ペロブスカイト太陽電池、第72回応用物理学会春季学術講演会 2025年3月

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件