2014 Fiscal Year Research-status Report
電子スピン角運動量保存則による有機太陽電池の磁気伝導効果
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26410088
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
生駒 忠昭 新潟大学, 自然科学系, 教授 (10212804)
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2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 電子スピン角運動量保存 / 磁気伝導効果 / 有機太陽電池 / キャリア動力学 / 電荷再結合 / 一重項開裂 / トラップ反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
元素戦略に合致したグリーンイノベーションが求められる近年、有機太陽電池は安価で低環境負荷型の再生可能エネルギー利用素子として注目されている。有機太陽電池の高性能化とって、ナノ空間における光キャリ反応の制御は中心的命題である。抑制法開発のためには、素子におけるキャリア反応の“その場観測”が重要であるが、複雑な積層構造をもつ素子で起こる動力学を調べる有力な測定手段がない。本研究では、エネルギー・電子移動反応におけるスピン角運動量保存則に基づいた新しいキャリア観測法を開発し、有機太陽電池のキャリア動力学を明らかにすることを目的にしている。下記の内容を実施することで、有機太陽電池の暗状態および明状態で観測される磁気伝導効果の機構を解明し、素子の内部で起こるキャリア素過程を明らかにできる新しい定量的分析法を開発する。
1. ペンタセン/C60のp/n接合太陽電池を対象に、素子特性に対する高磁場実験を行い、三重項-二重項対機構を明らかにする。
2. バルクヘテロ接合太陽電池における標準試料ポリチオフェン(P3HT)/フラーレン誘導体(PCBM)混合系について、p/n接合太陽電池と同様な実験を行い、磁気伝導効果の一般性を明らかにする。
3. 外場を取り入れた拡散方程式（現象論的方程式）およびLiouville方程式（量子論的方程式）を用いて、ナノ空間における電荷およびスピン動力学のモデル計算を行う。実験結果と理論計算を比較することで、定量的評価法を確立する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ペンタセン/C60のPN接合太陽電池を対象にした磁気伝導効果の研究に関して、予想以上の進展がみられた。暗状態ならびに明状態における磁気伝導効果からキャリアダイナミクスについて考察した研究成果を投稿論文にまとめることができた。本論文は高効率太陽電池開発における基礎研究であるが、磁気伝導計測の非破壊型評価法としてのポテンシャルに着目し、定量的解析に成功した点が本論文の最も独創的なところである。約1%という小さな再結合収率を評価することができことを明らかにした。また、励起子とキャリアの衝突に由来するトラップ反応、さらには励起子-励起子対を遷移状態にもつ一重項励起子解裂反応に関して半定量的解析を行った。本論文は、磁気伝導効果が励起子・キャリア動力学について定量的議論を可能にする新しいデバイス評価技術であることを初めて示すことに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ポリチオフェン(P3HT)/フラーレン誘導体(PCBM)混合系を用いた標準的バルクヘテロ接合太陽電池について、p/n接合太陽電池と同様な実験を行い、磁気伝導効果の一般性を明らかにする。しかしながら、最近、イスラエルの研究グループ（Devir-Wolfman A. H., Khachatryan B., Gautam B. R., Tzabary L., Keren A., Tessler N., et al. Short-lived Charge-transfer Excitons in Organic Photovoltaic Cells Studied by High-field Magneto-photocurrent. Nature Communications 2014, 5: 4529.）によってバルクヘテロ接合太陽電池の類似研究が発表されたため、当初の研究計画を多少変更する必要がある。発表された論文によると、高磁場磁気伝導効果は二重項-二重項対機構に由来すると帰属されている。一方、申請者らは、上述の論文と合致しない結果を得ており、磁気伝導効果以外の新しい分析手法の開発も含めて本課題を進めてゆく。
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| Causes of Carryover |
344円の消耗品（実験用ラベル）の購入が年度末であったため、支払が会計年度を越えた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
消耗品購入のためにすでに使用した。
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[Presentation] Magnetoconductance of Pentacene|C60-bilayaer Solar Cell2014
Author(s)
T. Omori, Y. Wakikawa, T. Miura, Y. Yamaguchi, K. Nakayama, and T. Ikoma
Organizer
Joint Conference of APES (Asia-Pacific EPR/ESR Society) 2014 -IES (International EPR(ESR) Society)-SEST (The Society of Electron Spin Science and Technology) 2014
Place of Presentation
奈良
Year and Date
2014-11-12 – 2014-11-16
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