2022 Fiscal Year Research-status Report
近赤外光の高効率電力変換に求められる分子構造要件の解明
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21K05213
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
鈴木 充朗 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20724959)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 有機薄膜太陽電池 / 有機半導体 / π共役分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，近赤外領域で効率的な光電変換が可能な有機薄膜太陽電池（OPV）の実現に向け，新たな有機半導体分子を開発することである。近赤外光は太陽光スペクトル中で比較的大きなエネルギーを占めるため，その活用は光電変換効率（PCE）の向上に大きく寄与し得る．また，近赤外光特化型の太陽電池は，可視光透過性や熱遮断性などの付加機能を取り入れたユニークな応用が期待される．しかしながら，現状ではOPVによる近赤外光電変換は低効率であり，既存材料の単純な構造改変では大幅な性能向上は難しい．このような背景のもと本研究では，近赤外光電変換の高効率化を目指し，キャリア再結合による性能低下を最小化するための分子設計指針の確立を目標とする．
研究期間の2年次目にあたる2022年度は，前年度に合成・評価した比較的単純な化合物からπ共役系を拡張し，1000nmを超える長波長吸収を持つ化合物の開発に取り組んだ．具体的には，indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene（ID），に(5,6-dichloro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-1-ylidene)malononitrile（IC），およびdi(2-thienyl)diketopyrrolopyrrole（DPP）という三つのユニットから成るアクセプター分子の合成を進めた．合成条件の最適化を経て，物性評価が可能な量の目的化合物を取得することに成功するとともに，目的物の軌道エネルギー準位がアクセプター分子として十分に機能し得る程度に低いことを実験的に確認した．また，得られた化合物の薄膜状態における吸収端波長は約1100 nmであり，目標とした1000nmを超える値を達成した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度の成果に基づき，今年度は当初計画した「分子パッキングの緻密化」に関する検討に代わって，改めて分子設計から見直しを行うこととした．検討の結果，新たに設計した近赤外色素の合成に成功するとともに，その初期評価でほぼ設計通りの電子構造を有することが確認された．また，一般的なドナーポリマーと組み合わせた太陽電池では，近赤外光領域での光電変換応答が確認され，目的とする近赤外光の高効率光電変換に関する知見が確実に蓄積できている．全体として，おおむね順調に研究が進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度に合成した新規分子の電子・電気物性評価と光電変換特性評価をより詳細に進める．また，量子化学計算により，近赤外光吸収から電荷キャリア生成に至るプロセスの効率と分子構造との相関について検討する．
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| Causes of Carryover |
試薬や溶媒等の価格上昇に伴い物品費が計画より増えた一方，コロナ禍の影響で学会等の参加日数削減やオンライン化による旅費減少が生じたため，差し引きで5492円の次年度使用額が生じた．次年度も引き続き物品全般の値上げ状態が続くことが予想されるため，次年度使用額は物品費に充てる計画である．
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Research Products
(3 results)
