2019 Fiscal Year Annual Research Report
無機量子ドットと有機一重項分裂材料を複合した塗布型太陽電池の創成
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17H03103
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
夫 勇進 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (00350489)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 一重項励起子分裂 / 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
多くの有機一重項分裂(SF)材料では、生成した(2倍の)三重項励起子は一重項励起子の半分のエネルギーになるため、LUMO準位の浅いC60誘導体とでは電荷分離が困難であった。2倍に増えた三重項励起子を電流としていかに外部回路に取り出すかは、極めて重要な課題である。無機量子ドット(QD)は、サイズ制御によりエネルギーギャップの調整が容易であり、様々な有機SF材料に合わせたエネルギー準位の整合、三重項励起子捕集が可能である。また、無機材料の特徴(高誘電率)を活かした高効率な電荷分離が可能である。無機QD自身も多重励起子生成(MEG)をするため、有機SF材料との組み合わせにより広範囲の紫外可視吸収帯でのMEGが可能である。無機QDとSF性有機半導体を組み合わせた、ハイブリッド型太陽電池の塗布プロセスによる作製とその超高効率化を目的とする。
開放端電圧(VOC)の向上を狙い、高いS1、T1を有するワイドギャップ有機SF材料を合成した。既存の最も一般的なアセン系有機半導体SF材料の中では、テトラセンのT1 = 1.25 eVが最も高い。量子化学計算により、新たにジケトピロロピロール、イソインディゴ骨格を有する化合物は、S1 > 2 T1を満たすT1準位を有する事を明らかにしてきた。さらに、ジフェニルブタジエン骨格がS1 > 2 T1を満たしながらも高いT1準位を有する事を見いだした。また、分子設計において適切なビラジカル性の付与が必要である事を明らかにした。
一方で、無機QDの太陽電池応用において、その配列制御は電荷輸送・励起子拡散・励起子閉じ込め等に極めて重要である。サイズを5 nm以下で制御した硫化鉛PbSコロイド量子ドットを合成し、溶液での自己集合的プロセスにより、1次元直線上に量子ドットを規則的に配列させる事に成功した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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