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2015 Fiscal Year Annual Research Report

有機薄膜太陽電池の構造と機能-特殊形状を有する高分子とその階層構造解析-

Research Project

Project/Area Number 25248053
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

梶 弘典  京都大学, 化学研究所, 教授 (30263148)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 福島 達也  京都大学, 化学研究所, 助教 (70705392)
佐藤 敏文  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80291235)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords有機薄膜太陽電池 / 固体NMR / 特殊形状高分子 / 階層構造解析
Outline of Annual Research Achievements

有機薄膜太陽電池に関し、その実用化の礎となる基礎科学の構築を行った。まず、固体核磁気共鳴(NMR)法を用い、バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の膜内構造と変換効率の相関を得た。この結果に基づき、さらに新規高分子PF6QTの膜内構造と変換効率の相関に関する知見を得、その特性向上を試みた。その結果、400-600 nmの短波長光吸収タイプの有機薄膜太陽電池としては極めて高い5.96%の光電変換効率を得ることに成功した。長波長光吸収タイプの有機薄膜太陽電池に関しては高特性のものが多く報告されている一方、短波長光吸収タイプの報告例はほとんどない。短波長光-長波長光吸収タイプのタンデム化による高効率有機薄膜太陽電池の実現を達成する上で、今回の結果の意義は大きい。また、通常の有機薄膜太陽電池の作製において、ハロゲン系有機溶媒を用いる必要があるが、このPF6QTは非ハロゲン系溶媒でも高特性(光電変換効率5.64%)を有する点も注目に値する。環境負荷の低い光電変換材料と言える。さらに、新規に合成した特殊な構造を有する高分子に対しても、膜内構造と変換効率の相関を得た。特に、環状高分子に関しては、膜内秩序化がより進んだ結果、従来の線状高分子よりも10倍高いホール移動度を示し、それを用いた有機薄膜太陽電池においても高い光電変換特性を得ることができた。以上の研究に関し、当初予定していた固体NMRを中心とした解析に加え、微小角入射広角X線散乱(GIWAXS)測定も行うことができた。有機薄膜太陽電池の実用化に関して重要な劣化解析に関しても研究を進めることができた。また、電荷輸送計算、有機ELにおいても大きな進展があったことから、その研究も進めることができた点、当初の予定以上の進展があった。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (27 results)

All 2016 2015

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 7 results)

  • [Journal Article] Highly efficient solution-processed host-free organic light-emitting diodes showing an external quantum efficiency of nearly 18% with a thermally activated delayed fluorescence emitter2016

    • Author(s)
      Yoshimasa Wada, Katsuyuki Shizu, Shosei Kubo, Tatsuya Fukushima, Takuya Miwa, Hiroyuki Tanaka, Chihaya Adachi and Hironori Kaji
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 9 Pages: 032102 1-3

    • DOI

      10.7567/APEX.9.032102

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Donor-Acceptor Poly(3-hexylthiophene)-block-Pendent Poly(isoindigo) with Dual Roles of Charge Transporting and Storage Layer for High-Performance Transistor-Type Memory Applications2016

    • Author(s)
      Jau-Tzeng Wang, Shoichi Takashima, Hung-Chin Wu, Yu-Cheng Chiu, Yougen Chen, Takuya Isono, Toyoji Kakuchi, Toshifumi Satoh and Wen-Chang Chen
    • Journal Title

      Advanced Functional Materials

      Volume: 26 Pages: 1-11

    • DOI

      10.1002/adfm.201504957

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Multiscale simulation of charge transport in a host material, N,N '-dicarbazole-3,5-benzene (mCP), for organic light-emitting diodes2015

    • Author(s)
      Furitsu Suzuki, Katsuyuki Shizu, Hisafumi Kawaguchi, Shinya Furukawa, Tohru Sato, Kazuyoshi Tanaka and Hironori Kaji
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 3 Pages: 5549-5555

    • DOI

      10.1039/c5tc00543d

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Purely organic electroluminescent material realizing 100% conversion from electricity to light2015

    • Author(s)
      Hironori Kaji, Hajime Suzuki, Tatsuya Fukushima, Katsuyuki Shizu, Katsuaki Suzuki, Shosei Kubo, Takeshi Komino, Hajime Oiwa, Furitsu Suzuki, Atsushi Wakamiya, Yasujiro Murata, and Chihaya Adachi
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 6 Pages: 8476 1-8

    • DOI

      10.1038/ncomms9476

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Highly Efficient Electroluminescence from a Solution-Processable Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitter2015

    • Author(s)
      Yoshimasa Wada, Katsuyuki Shizu, Shosei Kubo, Katsuaki Suzuki, Hiroyuki Tanaka, Chihaya Adachi and Hironori Kaji
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 107 Pages: 183303 1-4

    • DOI

      110.1063/1.4935237

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Triarylboron-based Fluorescent Organic Light-emitting Diodes with External Quantum Efficiencies Exceeding 20%2015

    • Author(s)
      Katsuaki Suzuki, Shosei Kubo, Katsuyuki Shizu, Tatsuya Fukushima, Atsushi Wakamiya, Yasujiro Murata, Chihaya Adachi, Hironori Kaji
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 54 Pages: 15231-15235

    • DOI

      10.1002/anie.201508270

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Rod-Coil Type Miktoarm Star Copolymers Consisting of Polyfluorene and Polylactide: Precise Synthesis and Structure-Morphology Relationship2015

    • Author(s)
      Kengo Saito, Takuya Isono, Han-Sheng Sun, Toyoji Kakuchi, Wen-Chang Chen and Toshifumi Satoh
    • Journal Title

      Polymer Chemistry

      Volume: 6 Pages: 6959-6972

    • DOI

      10.1039/C5PY01031D

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 炭素・水素・窒素のみからなる新規緑色発光材料を用いた外部量子効率40%を超える有機ELデバイス2016

    • Author(s)
      福島達也・志津功將・鈴木克明・久保勝誠・鈴木不律・小簑 剛・安達千波矢・梶弘典
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] 三配位ホウ素骨格に基づいた熱活性化遅延蛍光材料の開発2016

    • Author(s)
      鈴木克明・久保勝誠・志津功將・福島 達也・若宮淳志・村田靖次郎・安達千波矢・梶弘典
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Refractive Index Control of Glass Substrate for Enhanced Light Out-coupling of Organic Light-Emitting Diodes2016

    • Author(s)
      Shosei Kubo, Katsuaki Suzuki, Tatsuya Fukushima, Hironori Kaji
    • Organizer
      Institute for Chemical Research International Symposium 2016
    • Place of Presentation
      京都大学 化学研究所(京都)
    • Year and Date
      2016-03-07 – 2016-03-08
  • [Presentation] Triarylboron-based Fluorescent Organic Light-emitting Diodes with External Quantum Efficiencies Exceeding 20%2016

    • Author(s)
      Katsuaki Suzuki, Shosei Kubo, Katsuyuki Shizu, Tatsuya Fukushima, Atsushi Wakamiya, Yasujiro Murata, Chihaya Adachi, Hironori Kaji
    • Organizer
      Institute for Chemical Research International Symposium 2016
    • Place of Presentation
      京都大学 化学研究所(京都)
    • Year and Date
      2016-03-07 – 2016-03-08
  • [Presentation] Organic light-emitting diodes and organic solar cells: NMR analysis toward higher performance2015

    • Author(s)
      Hironori Kaji, Tatsuya Fukushima, Katsuaki Suzuki, Katsuyuki Shizu
    • Organizer
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • Place of Presentation
      Hawai(米国)
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Organic light-emitting diodes exploiting thermally activated delayed fluorescence: Development of a new emitter material and the analysis2015

    • Author(s)
      Hironori Kaji, Hajime Suzuki, Tatsuya Fukushima, Katsuyuki Shizu, Katsuaki Suzuki, Shosei Kubo, Takeshi Komino, Hajime Oiwa, Furitsu Suzuki, Atsushi Wakamiya, Yasujiro Murata, Chihaya Adachi
    • Organizer
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • Place of Presentation
      Hawai(米国)
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
  • [Presentation] Enhancement of light out-coupling efficiency for organic light-emitting diodes2015

    • Author(s)
      Shosei Kubo, Katsuaki Suzuki, Tatsuya Fukushima, Hironori Kaji
    • Organizer
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • Place of Presentation
      Hawai(米国)
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
  • [Presentation] 逆項間交差を利用した新規高効率緑色,青色,および塗布型有機EL材料の設計と素子化2015

    • Author(s)
      梶弘典・志津功將・福島達也・鈴木克明・和田啓幹・久保勝誠・鈴木不律・小簑剛・安達千波矢
    • Organizer
      有機EL討論会 第21回例会
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡)
    • Year and Date
      2015-11-12 – 2015-11-13
  • [Presentation] NMR CASTEPによる有機デバイス材料の構造解析・精密化2015

    • Author(s)
      梶 弘典
    • Organizer
      MS FGM Materials Studio フォーカスグループミーティング
    • Place of Presentation
      東京コンファレンスセンター・品川(東京)
    • Year and Date
      2015-11-10 – 2015-11-10
    • Invited
  • [Presentation] 有機デバイス:有機ELにおける電荷輸送シミュレーションを中心に2015

    • Author(s)
      梶 弘典
    • Organizer
      九州大学大学院 博士課程教育リーディングプログラム 第81回 分子システム デバイスセミナー
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡)
    • Year and Date
      2015-10-23 – 2015-10-23
    • Invited
  • [Presentation] 有機ELおよび有機太陽電池の創製と解析:計算、合成、固体NMR解析2015

    • Author(s)
      梶 弘典
    • Organizer
      高分子同友会
    • Place of Presentation
      薬業年金会館(大阪)
    • Year and Date
      2015-10-20 – 2015-10-20
    • Invited
  • [Presentation] 大環状ポリ(3-ヘキシルチオフェン)の合成と特性評価2015

    • Author(s)
      蓬田昌伸・高島象一・磯野拓也・田島健次・梶弘典・佐藤敏文
    • Organizer
      第5回CSJ化学フェスタ
    • Place of Presentation
      タワーホール船橋(千葉)
    • Year and Date
      2015-10-13 – 2015-10-15
  • [Presentation] 触媒移動型縮合重合を介したポリ (3-ヘキシルチオフェン) の定量的末端官能基化2015

    • Author(s)
      高島象一・中村亮介・蓬田昌伸・磯野拓也・田島健次・梶弘典・佐藤敏文
    • Organizer
      第5回CSJ化学フェスタ
    • Place of Presentation
      タワーホール船橋(千葉)
    • Year and Date
      2015-10-13 – 2015-10-15
  • [Presentation] スリットコート法を用いた有機薄膜太陽電池の塗布プロセス検討と特性評価2015

    • Author(s)
      福島達也・黒田梨紗子・梶弘典
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城)
    • Year and Date
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [Presentation] 有機ELにおける電荷輸送解析:多階層シミュレーションによる取り組み2015

    • Author(s)
      梶 弘典・鈴木 不律・志津 功將・ 川口久文・古川晋也 ・佐藤徹・田中一義
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城)
    • Year and Date
      2015-09-15 – 2015-09-17
    • Invited
  • [Presentation] ポリフルオレンを一成分とするミクトアームスターポリマーの精密合成とミクロ相分離2015

    • Author(s)
      磯野拓也、Wen-Chang Chen、佐藤敏文
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学 川内キャンパス (宮城)
    • Year and Date
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [Presentation] Synthesis of highly pure ethynyl end-functionalized poly(3-hexylthiophene) via Kumada catalyst transfer polycondensation2015

    • Author(s)
      Shoichi Takashima, Ryosuke Nakanura, Masanobu Yomogida, Takuya Isono, Kenji Tajima, Hironori Kaji, and Toshifumi Satoh
    • Organizer
      Japan Taiwan Bilateral Polymer Symposium
    • Place of Presentation
      Hokkaido University (Hokkaido)
    • Year and Date
      2015-09-03 – 2015-09-03
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ポリ (3-ヘキシルチオフェン) (P3HT) の定量的末端エチニル化2015

    • Author(s)
      高島 象一、中村 亮介、蓬田 昌伸、磯野 拓也、田島 健次、梶 弘典、佐藤 敏文
    • Organizer
      2015年度 北海道高分子若手研究会
    • Place of Presentation
      定山渓グランドホテル瑞苑(北海道)
    • Year and Date
      2015-08-28 – 2015-08-29
  • [Presentation] Organic light-emitting diodes: multiscale charge transport simulation and fabrication of new thermally activated delayed fluorescence (TADF) materials2015

    • Author(s)
      Hironori Kaji, Katsuyuki Shizu, Furitsu Suzuki, Tatsuya Fukushima, Katsuaki Suzuki, Chihaya Adachi
    • Organizer
      SPIE
    • Place of Presentation
      San Diego(米国)
    • Year and Date
      2015-08-08 – 2015-08-15
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 有機デバイスの本質的理解を目指して:計算および解析の観点から2015

    • Author(s)
      梶 弘典、志津功將、鈴木不律
    • Organizer
      日本化薬講演会
    • Place of Presentation
      日本化薬株式会社(東京)
    • Year and Date
      2015-07-21 – 2015-07-21
    • Invited

URL: 

Published: 2017-01-06  

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