2022 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。本年度も動的エキシトンを利用した発電層の構築に向けて、新規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。本年度は、この典型的構造として知られるITIC骨格を用いて、電子構造制御を付与させることを目的とした分子設計・開発を行った。研究代表者家はこれまでにスピロ置換を導入した分子構造が、共役化合物の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ITIC構造に対して、スピロ置換フルオレン、ビチオフェンを導入した化合物開発を行なった。ビチオフェンを導入することで、分子のHOMO準位が主骨格からビチオフェンに移ることが理論計算から示唆されており、電子構造制御が可能となる。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、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、増感色素にドナー骨格を導入することで、色素から酸化チタンへの電子注入によって生じた色素ラジカルカチオンが、ドナー骨格からの分子内電子移動によって還元され、ドナー骨格のラジカルカチオンを生じ、長寿命の電荷分離状態を実現した。これにより逆電子移動過程を抑制し、エネルギー変換効率が向上したことから、分子内電子移動を活用した逆電子移動過程抑制が可能であることを実証した。
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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 |
現状の材料開発を今後も進めていくことで高性能化に繋がる設計指針を確立する。
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[Journal Article] s-Indacene Revisited: Modular Synthesis and Modulation of Structures and Molecular Orbitals of Hexaaryl Derivatives2023
Author(s)
S.-J. Jhang, J. Pandidurai, C.-P. Chu, H. Miyoshi, Y. Takahara, M. Miki, H. Sotome, H. Miyasaka, S. Chatterjee, R. Ozawa, Y. Ie, I. Hisaki, C.-L. Tsai, Y.-J. Cheng, Y. Tobe
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 145
Pages: 4716-4729
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Tetrazolo[1,5-a]pyridine-Containing pi-Conjugated Systems: Synthesis, Properties, and Semiconducting Characteristics2022
Author(s)
S. Tamba, M. Nitani, T. Seo, H. Nitta, H. Tanaka, K. Hagiya, Y. Aso, Y. Ie
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Journal Title
Org. Lett.
Volume: 24
Pages: 3792-3796
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Truxenone Triimide: Two‐Dimensional Molecular Arrangements of Triangular Molecules for Air Stable N‐Type Semiconductors.2022
Author(s)
S. Kumar, Y. H. Koo, T. Higashino, W. Matsuda, S. Ghosh, Y. Tsutsui, M. Suda, H. Imahori, K. Suzuki, H. Kaji, et al.
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Journal Title
Adv. Electron. Mater.
Volume: 8
Pages: 2101390
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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