2014 Fiscal Year Annual Research Report
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24550006
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田村 宏之 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (60390655)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 有機太陽電池 / 励起子 / 電荷分離 / 第一原理計算 / 量子ダイナミックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機薄膜太陽電池はどこにでも設置でき環境負荷が低くエネルギーペイバックタイムの短い次世代太陽電池として期待されている。一般的に有機半導体は励起子拡散長が短いため、ドナー-アクセプター界面に到達しやすいようなバルクヘテロ接合が主流となっている。ドナーとしてP3HTや低バンドギャップポリマーなどのπ共役分子、アクセプターとして電子親和性の高いフラーレン誘導体が通常用いられる。有機半導体の電荷移動度は無機材料より低く、欠陥へのトラップや電子･正孔の界面での再結合も障害となる。また、有機半導体は一般的に誘電率が低いため静電引力の影響が大きく電荷の結合が分離しにくい。このため、一定の製膜条件で観察される超高速キャリア生成を説明するため、どのようにドナー-アクセプター界面で静電引力の障壁に打ち勝ってフリー電荷が生成するのかが議論の的になっていた。
そこで申請者は大規模系の解析が可能な量子動力学シミュレーションで、高分子/フラーレン界面での励起子のダイナミックスを解析し、静電引力に打ち勝ってフリー電荷が生成するメカニズムを解明した。分子集合体の結晶性が高い部分での電荷の非局在化が静電障壁を下げることや、光励起エネルギーが熱として失われる前に電荷分離する‘ホットエキシトン機構’を明らかにした。
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