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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Development of nonfullerene acceptors having high dielectric constants for realization of innovative solar cell mechanism

Research Project

Project/Area Number 20H02814
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

家 裕隆  大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (80362622)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords有機半導体 / 有機太陽電池 / アクセプター / 誘電率 / 非フラーレン型構造
Outline of Annual Research Achievements

有機太陽電池(OPV)は軽量、フレキシブル、波長選択性の特徴をもつことから、次世代太陽電池の有望候補である。OPVの光電変換効率(PCE)の向上のためには、電圧損失の低減が必要不可欠である。電圧損失の本質的な原因は、有機半導体材料の大きな励起子束縛エネルギー(低い誘電率)である。これを解決するため、本研究では高い誘電率の有機半導体材料を創出する。とりわけ、本研究では高誘電率の非フラーレン型アクセプター開発に主眼を置く。本年度はエーテル基やシアノ基等の極性置換基の導入によって有機分子の誘電率が向上するとの作業仮説のもと、フッ素化ナフトビスチアジアゾールからの誘導化検討を行った。その結果、期待通りの反応が進行する知見を得ることができた。また、電子分極に由来する誘電率向上の新たな設計指針として、π共役分子の2次元拡張が有効であることを予備的知見として見出している。そこで本年度は、この概念を非フラーレン型アクセプターに応用することを目的として、ベンゾビスチアジアゾール骨格を2次元拡張した分子構造から検討に着手し、これとアクセプターとして有効に機能する応募者オリジナルの電子受容性末端ユニットを組み合わせた低LUMO分子を開発した。得られた新規分子に関しては、電子吸収スペクトル測定と蛍光スペクトル測定で光物性に関する知見を得た。また、サイクリックボルタンメトリー測定で電気化学的物性も明らかとした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

標的とする分子構造は確実に合成が進展しており、基礎物性評価と太陽電池評価も順調に進捗しているため。

Strategy for Future Research Activity

今年度確立した新規ユニットを用いて、次年度以降材料開発を系統的に実施する。

  • Research Products

    (14 results)

All 2021 2020

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results) Presentation (8 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Improving Intramolecular Hopping Charge Transport via Periodical Segmentation of π-Conjugation in a Molecule2021

    • Author(s)
      Y. Ie, Y. Okamoto, T. Inoue, T. Seo, T. Ohto, R. Yamada, H. Tada, Y. Aso
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 143 Pages: 599-603

    • DOI

      10.1021/jacs.0c10560

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-Molecule Conductance of a π-Hybridized Tripodal Anchor while Maintaining Electronic Communication2021

    • Author(s)
      T. Ohto, A. Tashiro, T. Seo, N. Kawaguchi, Y. Numai, J. Tokumoto, S. Yamaguchi, R. Yamada, H. Tada, Y. Aso, Y. Ie
    • Journal Title

      Small

      Volume: 17 Pages: 2006709

    • DOI

      10.1002/smll.202006709

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] N-type Semiconducting Polymers Based on Dicyano Naphthobisthiadiazole: High Electron Mobility with Unfavorable Backbone Twist2021

    • Author(s)
      K. Iguchi, T. Mikie, M. Saito, K. Komeyama, T. Seo, Y. Ie, I. Osaka
    • Journal Title

      Chem. Mater.

      Volume: 33 Pages: 2218-2228

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.1c00204

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Power of an Organic Electron Acceptor in Modulation of Intracellular Mitochondrial Reactive Oxygen Species: Inducing JNK- and Caspase-Dependent Apoptosis of Cancer Cells2021

    • Author(s)
      S. Mohapatra, G. Das, V. Gupta, P. Mondal, M. Nitani, Y. Ie, S. Chatterjee, Y. Aso, S. Ghosh
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 6 Pages: 7815-7828

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c00308

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The effect of a two-dimensional structure on the dielectric constant and photovoltaic characteristics2020

    • Author(s)
      K. Mishima, T. Sakai, K. Yokota, M. Taniguchi, Y. Aso, Y. Ie, K. Yamashita
    • Journal Title

      J. Photochem. Photobiol. A

      Volume: 401 Pages: 112756

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2020.112756

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Correlation between the Dipole Moment of Nonfullerene Acceptors and the Active Layer Morphology of Green-Solvent-Processed P3HT-Based Organic Solar Cells2020

    • Author(s)
      S. Chatterjee, T. Ohto, H. Tada, S. Jinnai, Y. Ie
    • Journal Title

      ACS Sustainable Chem. Eng.

      Volume: 8 Pages: 19013-19022

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.0c07114

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 精密分子設計に基づく有機太陽電池材料の開発2021

    • Author(s)
      家 裕隆
    • Organizer
      日本化学会第101春季年会
    • Invited
  • [Presentation] ビラジカル性を制御したベンゾ縮環型キノイドオリゴチオフェンの合成と物性2021

    • Author(s)
      山本 恵太郎、家 裕隆
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] ナフトビスチアジアゾ―ルを組み込んだ縮環型拡張pi共役分子の合成と物性2021

    • Author(s)
      淺川 亮、横山 創一、家 裕隆
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] Development of Nonfullerene Acceptors with Spiro-substituted Fluorene Units2021

    • Author(s)
      Keisuke Nagai, Takuji Seo, Seihou Jinnai, and Yutaka Ie
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] 置換ナフトビスチアジアゾールを含む電子受容性分子の合成と有機太陽電池アクセプターへの応用2021

    • Author(s)
      大井 彩裕美、瀬尾 卓司、陣内 青萌、家 裕隆
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
  • [Presentation] スピロフルオレン構造を有する電子受容性チオフェン系π共役オリゴマーの合成と有機太陽電池への応用2020

    • Author(s)
      陣内 青萌、瀬尾 卓司、家 裕隆
    • Organizer
      第47回有機典型元素化学討論会
  • [Presentation] キノイド構造の安定化に基づくキノイドオリゴチオフェンの機能化2020

    • Author(s)
      山本 恵太郎、安蘇 芳雄、家 裕隆
    • Organizer
      第69回高分子討論会
  • [Presentation] 有機・分子エレクトロニクスに向けた機能性π共役分子の開発2020

    • Author(s)
      家 裕隆
    • Organizer
      M&BE 6月研究会
    • Invited

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Published: 2022-12-28  

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