2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of photovoltaic materials based on ferroelectric liquid crystals
| Project/Area Number |
15H03797
|
|---|
| Research Institution | Kagawa University |
|---|
Principal Investigator |
舟橋 正浩 香川大学, 工学部, 教授 (90262287)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 強誘電性液晶 / 異常光起電力効果 / 電荷輸送 / Time-of-Flight法 / オリゴチオフェン / モレキュラーキラリティー / 自発分極 / 内部電界 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
π電子共役系を組み込んだ強誘電性液晶を合成し、強誘電相での異常光起電力効果の起源の解明、エネルギー変換効率の向上を検討した。
これまでの検討から、キラルなフェニルターチオフェン誘導体の強誘電相での光起電力効果は強誘電性に由来する異常光起電力効果と推測したが、同様の光伝導挙動はイオン性不純物の分極や界面での電荷移動によって発生した局所的な電界によっても生じる可能性がある。強誘電性液晶は通常光学活性体であり、ラセミ体では強誘電性が消失することが知られている。そこで、化合物3のR体とS体を合成し、異常光起電力効果の光学純度依存性を検討した。
純粋な(S)体は明確なヒステリシスループを示し、自発分極の値は68 nCcm-2に達する。しかし、光学純度が低下するに従い、自発分極の値は減少した。ラセミ体では自発分極が消失し、強誘電性を示さなかった。この挙動は通常の強誘電性液晶と同様であり、本化合物の強誘電性が分子キラリティーに由来している事がわかる。
次に、(S)-/(R)混合物のSmC*相での異常光起電力効果を評価した。照射側電極に負電圧を印加した後、両電極を短絡し紫外光を照射して電流を測定した。純粋な(S)-3や(R)-3のSmC*相では、波長360 nmの紫外光（強度 2 mWcm-2）を照射した場合に、光電流密度は1 μA/cm2に近い値を示したが、光学純度が低下するに従い、光電流は減少し、ラセミ体では光電流が発生しなかった。光学純度と自発分極、および、光電流値との間には正の相関があった。この結果は、SmC*相での異常光起電力効果が、分子キラリティーに由来する強誘電的な内部電界に由来するものであることを示している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
π電子共役系を組み込んだ強誘電性液晶を合成し、強誘電相での異常光起電力効果の起源の解明、エネルギー変換効率の向上を検討した。強誘電相での光起電力効果は、液晶材料の自発分極とキャリア移動度に相関しており、p-n接合やショットキー接合のような界面での電界によるものではなく、バルクの自発分極に由来する異常光起電力効果と考えられる。また、光電流値は試料の光学純度に依存しており、ラセミ体では光起電力効果が消失したことから、本現象が分子キラリティーに由来する、新しい現象である事を立証できた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現段階ではエネルギー変換効率は1 %に満たず、目標の5 %を下回っている。また、解放電圧は最大で0.5 Vであり、通常のp-n接合による太陽電池と同程度である。これらの特性を向上させるには、さらに薄い薄膜状態の試料を作製し、分極状態を安定化する必要がある。本研究課題で化合物1-3のスピンコート膜の作製も検討したが、液晶分子が基板に対して平行に配向した薄膜を得ることができず、得られた薄膜はいずれも、液晶分子が基板に垂直に配向していた。このような薄膜では、自発分極が電極基盤に対して平行になるため、電極基盤垂直方向の光起電力を確認することができなかった。今後、スピンコート膜の分子配向制御を検討し、変換効率の向上を狙う。
|
