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2023 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、プリンタブル、波長選択性などの有機半導体材料ならでは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。近年では19%を越える高い性能が見出されつつあるが、OPVのさらなる発電効率の向上のためは、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ことに主眼を置いて研究を進めてきた。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注力している。最終年度の本年度も引き続き新規材料開発を展開した。昨年度までに共役系を2次元拡張した分子構造の開発に着手していることから、本年度もこの方向性を継続し、クリセン等の分子構造に着目して分子開発を行った。得られた分子に対して、低エネルギー逆光電子分光、光電子分光測定、薄膜の電子吸収スペクトル、蛍光スペクトル測定を系統的に行うことで励起子束縛エネルギーを見積もることに成功した。その結果、分子の電子構造と固体でのパッキング状態に依存して、励起子束縛エネルギーが影響することを実験的に明らかとすることができた。さらに、励起子束縛エネルギーと単分子レベルで構成されるOPVの発電効率に相関があることも見出した。これらの知見を活かすことで新機軸の材料設計指針の確立に目途がついた。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Green-light wavelength-selective organic solar cells for agrivoltaics: dependence of wavelength on photosynthetic rate2024

    • Author(s)
      S. Jinnai, N. Shimohara, K. Ishikawa, K. Hama, Y. Iimuro, T. Washio, Y. Watanabe, Y. Ie
    • Journal Title

      Faraday Discuss.

      Volume: 250 Pages: 220-232

    • DOI

      10.1039/d3fd00141e

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-Layer Organic Light-Emitting Diode with Trap-Free Host Beats Power Efficiency and Lifetime of Multilayer Devices2024

    • Author(s)
      O. Sachnik, Y. Ie, N. Ando, X. Tan, P. W. M. Blom, G.-J. A. H. Wetzelaer
    • Journal Title

      Adv. Mater.

      Volume: 36 Pages: 2311892

    • DOI

      10.1002/adma.202311892

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Isothianaphthene Quinoids: Pyrazine-Annelated Structures for Tuning Electronic Properties2024

    • Author(s)
      K. Yamamoto, S. Jinnai, Y. Ie
    • Journal Title

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      Volume: 97 Pages: uaoe036

    • DOI

      10.1093/bulcsj/uoae036

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Green-Light Wavelength-Selective Organic Solar Cells Based on Poly(3-hexylthiophene) and Naphthobisthiadiazole-Containing Acceptors toward Agrivoltaics2023

    • Author(s)
      S. Jinnai, A. Oi, T. Seo, T. Moriyama, M. Terashima, M. Suzuki, K.-i. Nakayama, Y. Watanabe, Y. Ie
    • Journal Title

      ACS Sustain. Chem. Eng.

      Volume: 11 Pages: 1548-1556

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.2c06426

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] スピロフルオレンを導入したシクロペンタチオフェンをπ共役リンカーとする非縮環型電子受容性分子の開発と波長選択型有機太陽電池への応用2024

    • Author(s)
      陣内 青萌、家 裕隆
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] ジベンゾセキシチオフェンをコア骨格とした近赤外吸収特性をもつキノイド型オリゴチオフェンの合成と物性2024

    • Author(s)
      張 越、安藤 直紀、家 裕隆
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] アルキル基修飾POSSの耐原子状酸素特性2024

    • Author(s)
      行松 和輝、横山 創一、後藤 亜希、丸山 幹人、木本 雄吾、家 裕隆
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
  • [Presentation] ジベンゾクリセンを基盤とする3次元構造に拡張したπ電子系分子の開発2023

    • Author(s)
      森 宥貴、陣内 青萌、家 裕隆
    • Organizer
      第16回有機π電子系シンポジウム
  • [Presentation] 5,5’-ビチアゾリリデン-4,4’-ジオン骨格を電子受容性ユニットとする近赤外吸収色素の合成と物性2023

    • Author(s)
      山田 澪奈、安藤 直紀、家 裕隆
    • Organizer
      第50回有機典型元素化学討論会
  • [Presentation] Green-light wavelength-selective organic solar cells for agrivoltaic2023

    • Author(s)
      Yutaka Ie
    • Organizer
      12th imec Handai International Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Green-light wavelength-selective organic solar cells for agrivoltaics: dependence of wavelength on photosynthetic rate2023

    • Author(s)
      Yutaka Ie
    • Organizer
      Faraday Discussions
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Non-Fused Nonfullerene Acceptors Bearing Spiro-Substituted Structures and Application to Green-Light Wavelength-Selective Organic Solar Cells2023

    • Author(s)
      Yutaka Ie
    • Organizer
      243th ECS Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of Non-fused Nonfullerene Acceptors Bearing Spiro-Substituted Structures and Application to Green-light Wavelength-selective Organic Solar Cells for Agrivoltaics2023

    • Author(s)
      Yutaka Ie
    • Organizer
      KJF International Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of ladder-type pi-conjugated skeletons bearing spiro-substituted cyclopentadiaryl units for nonfullerene acceptors2023

    • Author(s)
      Kai Wang, Seihou Jinnai, Yutaka Ie
    • Organizer
      KJF International Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Non-Fused Nonfullerene Acceptors Bearing Spiro-Substituted Structures and Application to Green-Light Wavelength-Selective Organic Solar Cells2023

    • Author(s)
      Yutaka Ie
    • Organizer
      11th East Asia Symposium on Functional Dyes and Advanced Materials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Green-light wavelength-selective organic solar cells toward agrivoltaics2023

    • Author(s)
      Seihou Jinnai, Taichi Moriyama, Mitsuharu Suzuki, Ken-ichi Nakayama, Yasuyuki Watanabe, Yutaka Ie
    • Organizer
      15th International Symposium on Functional pi-Electron Systems
    • Int'l Joint Research
  • [Book] 有機半導体の開発と最新動向2023

    • Author(s)
      家 裕隆
    • Total Pages
      9
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      978-4-7813-1763-2

URL: 

Published: 2024-12-25  

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