第 4 章 カロテノイド太陽電池の作製・評価 33
4.2 リコピン太陽電池
4.2.2 活性層溶媒
(a) (b)
図4.18 リコピン:PC71BM太陽電池の外観．活性層溶媒に(a)クロロホルム，(b)クロロベンゼ ンを使用．
J-V 特性
活性層溶媒としてクロロベンゼンを用いた逆構造OSCのJ-V 特性を測定した．図4.19(a)より，
クロロベンゼンを用いたデバイスでは太陽電池特性が観測できず，電極間のショートのようなプ ロファイルを示した．これは，活性層の表面粗さによってアノード-カソード間の短絡を引き起こ したためと考えられる．したがって溶媒の変更によって，太陽電池として全く機能しなくなる結 果を示した．
-100.0 -50.0 0.0 50.0
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
115 nm 90 nm 70 nm 30 nm
Current density [mA/cm2 ]
Voltage [V]
図4.19 溶媒にクロロベンゼンを用いたリコピン:PC71BMデバイスのJ-V 特性．太陽電池特性
表面観察
表面粗さの詳細を観測するため，異なる溶媒を用いた場合の活性層形態を，光学顕微鏡，触針 式表面粗さ測定計（Dektak），AFMを用いて観察した．顕微鏡画像（倍率100倍）を図4.20に 示す．クロロホルムを用いた膜は均質な膜が観測され，βカロテンの膜（βカロテン:PC71BMの 混合比1:4，溶媒クロロベンゼン）と同等な粗さを示した．一方，クロロベンゼンを使用したもの はファイバー状の結晶が膜中に観察された．乾燥速度がクロロホルムよりも遅いクロロベンゼン を用いるとリコピンの凝集体が形成されると考えられ，先行研究でも同様の凝集体が確認されて いた[85]．また，図4.21に示されるDektakによる表面形状測定でも，クロロベンゼン膜の高い 表面粗さが観察され，これがデバイスのショートの原因となったと考えられる．
(a) (b)
図4.20 リコピン:PC71BMデバイス活性層の顕微画像．溶媒に(a)クロロホルム，(b)クロロベ ンゼンを用いた活性層．顕微鏡の倍率は100倍である．
-0.1 -0.05
0 0.05
0.1
0 20 40 60 80 100
CB CF
Height [µm]
Width [µm]
(a)
-0.01 -0.005 0 0.005
0.01
0 20 40 60 80 100
Lycopene_CF carotene_CB
Height [µm]
Width [µm]
(b)
図4.21 Dektakによる活性層の表面粗さ測定結果．(a) 異なる溶媒を用いたリコピン:PC71BM
AFMによる表面形状測定結果（測定範囲: 2µm ×2µm）を図4.22に示す．クロロベンゼンを 用いた膜はµmオーダーの大きなドメインを生じているのに対し，クロロホルムを用いた膜はサ ブµmオーダーのドメインを示した．以上の結果から，リコピンは極めて強い結晶性をもち，遅 い乾燥プロセスをとるとサブµmオーダーの結晶を生成するとわかった．したがってリコピンは 細かな結晶性の調整が難しく，クロロホルムと他種の溶媒の混合溶液を用いる方法や溶液濃度に よる制御などが有効と考えられる．
(a) (b)
図 4.22 AFMによるリコピン:PC71BM活性層の表面状態観察．溶媒に(a)クロロホルム，(b) クロロベンゼンを用いた．