2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative solar cells based on bulk photovoltaic effect of ferroelectric pi-conjugated liquid crystals
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21H01904
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| Research Institution | Kagawa University |
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Principal Investigator |
舟橋 正浩 香川大学, 創造工学部, 教授 (90262287)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上村 忍 香川大学, 創造工学部, 教授 (60423498)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | バルク光起電力効果 / 有機半導体 / 強誘電性液晶 / オリゴチオフェン / 乳酸エステル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
拡張π電子共役強誘電性液晶は、分極電界と伝導キャリアが相互作用することによりユニークな電子機能を示すことを見出している。自発分極によって生じる内部電界を利用したバルク光起電力効果と内部電界によってキャリア注入が促進され、マイクロメーターを超える厚さを有する液晶厚膜が低電圧で電界発光する分極誘起電界発光である。これらの現象は、通常のp-n接合を利用した太陽電池や電界発光素子と異なり、同一の陰極と陽極を用いた対称型素子で実現でき、ポーリング電圧の極性を反転させることにより、素子の極性を反転させることが可能である。分極誘起電界発光においては、極性反転の際に分子が回転するため、電界発光の偏光面を回転することができる。当研究室は世界で初めてこれらの現象を見出したが、エネルギー変換効率の向上のためには吸収波長の長波長シフトが必要である。π共役系を拡張したクインケチオフェン骨格を有する強誘電性液晶を合成した。これらの化合物の液晶性と電子物性を比較した。4位に側方メチル基を導入した化合物は高次の強誘電相を示し、直流電圧を印加しながら冷却することにより電気分極を固定することができた。可溶性フラーレン誘導体であるPCBMを11mol%添加し室温に冷却したところ、PCBMが相分離・結晶化しバルクヘテロ接合が形成された。白色光を照射すると光起電力が発生した。開放電圧は0.72 Vにとどまったものの、フィルファクターが大幅に向上しエネルギー変換効率は0.7％に達した。吸収波長は580 nmにレッドシフトしており、長波長側の可視光を有効利用できたものと考えられる。その他、側鎖に乳酸ダイマーを導入したターチオフェン誘導体、クインケチオフェン誘導体を合成した。側鎖の運動性が抑制されるため、分極の緩和が抑制された。またフィルファクターが向上した。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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