Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
有機太陽電池（OPV）では、非フラーレンアクセプターの成功により劇的に光電変換効率が向上している。これは、非フラーレンアクセプターの高い吸光度により光電流が増加したこと、電圧損失が少ないことが要因である。しかし、後者の電圧損失が低い理由はよくわかっていない。本研究は、非フラーレンアクセプター分子のもつ大きな四重極に注目する。本研究では、代表者が確立した低エネルギー逆光電子分光法により、これまで見過ごされてきた非フラーレンアクセプターの大きな分子四重極が、OPVの動的エキシトン解離に与える影響を実測し、非フラーレンアクセプターの電圧損失が低い根本理由を解明する。
有機太陽電池（OPV）では、非フラーレンアクセプターの成功により劇的に光電変換効率が向上し、2022年には19％を超えている。これは、非フラーレンアクセプターの高い吸光度により光電流が増加したこと、電荷分離のエネルギー障壁が低いために電圧損失が少ないことが要因である。しかし、後者の電圧損失が低い理由はよくわかっていない。本研究では、非フラーレンアクセプター分子のもつ大きな四重極に注目し、電圧損失の少ない原因を追究した。これまでに、代表者が開発した低エネルギー逆光電子分光法を紫外光電子分光法と組み合わせることで、電荷－四重極相互作用が実験的に測定可能であることを示してきた。この研究手法をドナー・アクセプターのバルクヘテロ接合に適用し、これまで見過ごされてきた非フラーレンアクセプターの大きな分子四重極が、OPVの動的エキシトン解離のエネルギー障壁に与える影響を実測した。この結果、フラーレンアクセプターに比べて、非フラーレンアクセプターでは、ドナー・アクセプター混合比率によって電子準位（LUMO準位）が0.1 eV以上変化することが分かった。大きな四重極を持つ非フラーレンアクセプターで大きな電子準位の変化が見られたことから、この変化は四重極によるものと結論できる。また、ドナー・アクセプターの濃度比を変えた実験からは、電子準位が界面付近から電極に向かって電荷を収集するのに有利なエネルギーカスケードが実現していることが分かった。このような電子準位が非フラーレンアクセプターを用いたOPVの電荷分離効率を高め、電圧損失を低下させていることを示している。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Journal of the American Chemical Society
Volume: 145 Issue: 13 Pages: 7528-7539
10.1021/jacs.3c00805
Organic Electronics
Volume: 108 Pages: 106551-106551
10.1016/j.orgel.2022.106551
Physical Review B
Volume: 106 Issue: 7 Pages: 075303-075303
10.1103/physrevb.106.075303
Nature Materials
Volume: 21 Issue: 8 Pages: 910-916
10.1038/s41563-022-01308-z
Science
Volume: 377 Issue: 6605 Pages: 495-501
10.1126/science.abo2757
https://adv.chiba-u.jp/nano/yoshida_lab/
