電子ドナー/アクセプター界面における究極的に「無駄」の無い電荷分離の実現
| Project/Area Number |
21H02012
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 35030:Organic functional materials-related
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo (2023)
Kyoto University (2021-2022) |
|---|
Principal Investigator |
玉井 康成 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (30794268)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
|
|---|
| Keywords | 励起子 / 電荷分離 / 有機薄膜太陽電池 / 過渡吸収分光法 / 電荷移動 / 電荷解離 / 高速分光 / 電荷再結合 / 過渡吸収分光 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
有機薄膜太陽電池の光電変換効率が結晶シリコンなどの無機系太陽電池に遅れをとる要因の一つに、多くの有機薄膜太陽電池では無機系に比べて無輻射再結合損失が大きいことが挙げられる。
有機薄膜太陽電池の無輻射再結合損失を抑制するためには、電子ドナー/アクセプター界面における電荷再結合メカニズムを詳細に理解する必要があるため、本研究では過渡吸収分光法などの種々の分光学的手法を駆使することで、エネルギーオフセットの小さな電子ドナー/アクセプター界面における電荷再結合メカニズムを検討する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
有機薄膜太陽電池において現在最も研究が盛んな、ドナーにPM6、アクセプターにY6を用いたPM6/Y6素子は励起状態と電荷移動状態（CT状態）のエネルギーオフセットが0.1 eV程度しかないにも関わらず効率よく電荷生成することが知られている。そこでPM6/Y6ブレンド薄膜について過渡吸収分光測定を行い、電荷生成メカニズムを検討した。
過渡吸収データに含まれる微弱な過渡電場吸収信号の時間発展を詳細に解析した結果、この系ではCT状態が自由電荷に解離するのに10 ps程度の時間を要していることがわかった。また電荷解離効率は温度に依存しないことから、既存のOnsagerモデル、Ballistic電荷分離モデルのどちらとも異なる機構で電荷分離していることがわかった。基底状態褪色信号のピーク位置の時間発展からこの系では材料が結晶化することで界面近傍にポテンシャルエネルギー勾配が形成され、この勾配を電荷がダウンヒル緩和することで電荷解離していることがわかった。次に、PM6およびY6とほぼ同じ構造でありながらHOMO準位の異なる種々のドナー、アクセプター材料を用いて素子を作成し光電変換特性を評価したところ、エネルギーオフセットが0 eVに漸近すると光電変換効率が急激に低下した。過渡吸収分光測定の結果から、オフセットの低下により電荷移動効率が低下しているだけでなく、CT状態の解離効率が大きく低下していることがわかった。これはオフセットがなくなることで、CT状態の解離過程における活性化障壁を越えることができなくなったことによると考えられる。
|
| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(3 results)
Research Products
(28 results)
