Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
有機薄膜太陽電池において優れた電荷生成効率を実現するためには、材料の励起状態と電荷移動状態(CT状態)のエネルギーに十分なエネルギー差(オフセット)が必要であると考えられてきた。一方、我々はLE-CT状態間にオフセットが無くても高速で電荷生成可能な系を見出しているが、このようなオフセットの無いドナー/アクセプター(D/A)界面における高速電荷移動は従来理論の枠組みでは説明が難しい。そこで本研究では過渡吸収分光法を中心とした種々の分光学的手法によりD/A界面における電荷ダイナミクスを評価し、オフセットが無いD/A界面における「動的エキシトン」の電荷分離・再結合メカニズムを明らかにする。
「静的エキシトン」の枠組みで考えると、有機薄膜太陽電池において優れた電荷生成効率(高い短絡電流量)を実現するためには、材料の励起状態(LE状態)のエネ ルギーと電荷移動状態(CT状態)のエネルギーに十分なエネルギー差(オフセット)が必要である。 一方、我々はLE-CT状態間にオフセットが無くても高速で電荷生成可能な系を見出している。このようなオフセットの無いドナー/アクセプター (D/A)界面における高速電荷移動は従来の静的エキシトンの枠組みでは説明が難し く、なぜオフセットが無くても高速電荷移動可能なのかは未だ明らかになっていない。 そこで本研究では過渡吸収分光法を中心とした種々の分光学的手法によりD/A界面における電荷ダイナミクスを評価し、オフセットが無いD/A界面における「動的 エキシトン」の電荷分離・再結合メカニズムを明らかにする。 本研究ではモデル系として現在のstate-of-the-art系であるPM6/Y6素子を用いた。PM6/Y6ブレンド膜を狭バンドギャップ材料であるY6の吸収波長である800 nmで 光励起して過渡吸収測定を行うと励起直後からPM6の基底状態褪色が観察された。これは100 fsの励起パルス内で既に一部のY6励起子が電荷分離していることを示している。PM6/Y6系におけるオフセットは0.1 eV程度しかないため、この様な高速電荷分離は静的エキシトン描像とは異なるものである。また比較系としてY6よりわずかにHOMOの浅いY5を用いて、PM6/Y5系における電荷分離ダイナミクスを測定したところ、電荷移動効率・電荷解離効率ともに低下した。これらの治験に基づき、現在オフセットレス電荷分離メカニズムについて包括的に検討している。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2022 2021
All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results, Open Access: 6 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Invited: 3 results)
Polymer Journal
Volume: 54 Issue: 11 Pages: 1345-1353
10.1038/s41428-022-00685-1
Communications Materials
Volume: 3 Issue: 1 Pages: 76-76
10.1038/s43246-022-00300-z
ECS Journal of Solid State Science and Technology
Volume: 11 Issue: 12 Pages: 121005-121005
10.1149/2162-8777/acab84
Aggregate
Volume: 3 Issue: 6
10.1002/agt2.280
Advanced Energy and Sustainability Research
Volume: 4 Issue: 1 Pages: 2200149-2200149
10.1002/aesr.202200149
The Journal of Physical Chemistry Letters
Volume: 13 Issue: 9 Pages: 2078-2083
10.1021/acs.jpclett.2c00226
Energy & Environmental Science
Volume: 15 Issue: 4 Pages: 1545-1555
10.1039/d1ee03565g
ACS APPlied Energy Materials
Volume: 4 Issue: 12 Pages: 14022-14033
10.1021/acsaem.1c02816
The Journal of Physical Chemistry C
Volume: 125 Issue: 38 Pages: 20806-20813
10.1021/acs.jpcc.1c06448
