2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of functional organic semiconductors towards utilization of dynamic exciton and their application to organic solar cells
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
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| Project/Area Number |
20H05841
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
家 裕隆 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80362622)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東野 智洋 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90711804)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / 有機太陽電池 / アクセプター / 色素増感太陽電池 / π共役分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では有機半導体材料を開発し、有機系の太陽電池における動的エキシトンの学理を構築することを目的としており、動的エキシトンの効果的利用による複雑系の有機太陽電池、色素増感太陽電池の高性能化が目標となる。本年度も引き続き動的エキシトンに基づいた有機太陽電池材料の開発を行った。具体的には、動的エキシトンを利用した光活性層の構築に向けて、新規な非フラーレン型アクセプターの開発を行った。平面性の高い縮環構造に、π‐πスタッキング相互作用を抑制するかさ高い置換基を導入した電子受容性π共役化合物が非フラーレン型アクセプターとして高い性能を示す。しかし、近年では、縮環構造をもたない非フラーレン型アクセプターが合成の容易さから注目され、高性能化に向けた指針確立が望まれている。研究代表者家はこれまでに、五員環縮環とスピロフルオレンを組み合わせた分子構造が、共役化合物の主鎖平面性と分子間相互作用の抑制に効果的であることを見出している。そこで、この分子構造に対して、共役末端に電子受容性ユニットを導入した新規非フラーレン型アクセプターを設計・合成し、アルキル置換チオフェンを導入した参照分子との基礎物性、太陽電池特性、薄膜物性の比較検討を通じてアクセプターとしての有効性を検討した。より詳細な薄膜状態の解析を行うため、本領域のA02班との共同研究を遂行した。色素増感太陽電池については、金属酸化物/増感色素/レドックス対界面での電子移動過程の精密制御を実現するため、動的エキシトンに基づいた増感色素・レドックス対の設計・合成を行った。具体的には、フラーレン骨格を導入した増感色素を用いることで、酸化ニッケル/増感色素間における電荷再結合を抑制でき、光電変換効率の向上を実現した。またレドックス対の配位子を適切に設計することにより、増感色素/レドックス対間での電子移動効率の向上を示唆する結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
分子設計、有機合成ともに順調に進捗しており、目的生成物が得られている。また創出した分子の評価に向けた領域内共同研究も進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降も現状の方向性を維持して研究開発を進めていく。
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[Journal Article] Role of Linker Functionality in Polymers Exhibiting Main-Chain Thermally Activated Delayed Fluorescence2022
Author(s)
K. Philipps, Y. Ie, B. van der Zee, R.-Q. Png, P. K. H. Ho, L.-L. Chua, E. del Pino Rosendo, C. Ramanan, G.-J. A. H. Wetzelaer, P. W. M. Blom, J. J. Michels
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Journal Title
Adv. Sci.
Volume: 9
Pages: 2200056
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Truxenone Triimide: Two-Dimensional Molecular Arrangements of Triangular Molecules for Air Stable n-Type Semiconductors2022
Author(s)
S. Kumar, Y. H. Koo, T. Higashino, W. Matsuda, S. Ghosh, Y. Tsutsui, M. Suda, H. Imahori, K. Suzuki, H. Kaji, S. Seki
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Journal Title
Adv. Electron. Mater
Volume: 8
Pages: 2101390
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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