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2015 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

Research Project

Project/Area Number 26410088
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

生駒 忠昭  新潟大学, 自然科学系, 教授 (10212804)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
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 / 一重項解裂 / トラップ反応
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。

1.ペンタセン/C60のp/n接合(PNJ)太陽電池(図4D参照)を対象に、ソースメータと電磁石を用いて素子特性に対する高磁場実験を行い、三重項-二重項(TD)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、PNJと同様な実験を行い、磁気伝導(MC)効果の一般性を明らかにする。MC効果のP3HT/PCBM混合比依存性を調べることで、素子特性を支配している素過程ダイナミクスとMC効果の関係を明らかにする。
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。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の目的どおり、磁気伝導効果と接合構造の関係の解明を目的に、P3HTおよびPCBMを用いたシングル接合太陽電池とバルク接合太陽電池を用いて、暗状態および明状態の磁気伝導効果を総合的に研究することができた。
今回用いた太陽電池の磁気伝導効果には、三種類の磁気伝導効果が観測され、その寄与の割合は接合構造だけなく暗・明の計測条件にも依存することを初めて明らかにすることができた。また、観測されたすべての磁気伝導効果は接合領域に存在する非ジェミネート電子正孔対のスピン選択的な再結合に由来した効果であることが分かった。

Strategy for Future Research Activity

これまでに、バルク接合太陽電池の非ジェミネート再結合効率がシングル接合太陽電池に比べて高いことが分かったが、今後はより定量的議論をする必要がある。そのために、磁気インピーダンス分光の開発と理論計算との比較を行う。

Causes of Carryover

消耗品の使用量を節約できたので、27,089円を平成28年度へ繰越をした。

Expenditure Plan for Carryover Budget

消耗品購入に使用する。

  • Research Products

    (34 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (28 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] Mindanao State University(フィリピン)

    • Country Name
      PHILIPPINES
    • Counterpart Institution
      Mindanao State University
  • [Int'l Joint Research] Huazhong Univ. of Science and Technology(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Huazhong Univ. of Science and Technology
  • [Int'l Joint Research] National Tsing-Hau University(台湾)

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      National Tsing-Hau University
  • [Journal Article] Aryl-substituted dimethylbenzimidazolines as effective reductants of photoinduced electron transfer reactions2015

    • Author(s)
      E. Hasegawa, T. Ohta, S. Tsuji, K. Mori, K. Uchida, T. Miura, T. Ikoma, E. Tayama, H. Iwamoto, S.-y. Takizawa and S. Murata
    • Journal Title

      Tetrahedron

      Volume: 71 Pages: 5494-5505

    • DOI

      10.1016/j.tet.2015.06.071

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] What Can Be Learned from Magnetic Field Effects on Singlet Fission: Role of Exchange Interaction in Excited Triplet Pairs2015

    • Author(s)
      M. Wakasa, M. Kaise, T. Yago, R. Katoh, Y. Wakikawa and T. Ikoma
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 119 Pages: 25840-25844

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b10176

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Solvent Viscosity Effect on Triplet-Triplet Pair in Triplet Fusion2015

    • Author(s)
      K. Yokoyama, Y. Wakikawa, T. Miura, J.-i. Fujimori, F. Ito and T. Ikoma
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 119 Pages: 15901-15908

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.5b11208

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 有機エレクトロニクス材料中のキャリア反応におけるスピン効果2016

    • Author(s)
      生駒 忠昭
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京都府・京田辺市)
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
    • Invited
  • [Presentation] 熱変換型ドナーDPP-BP を用いた有機薄膜太陽電池におけるアルキル鎖長依存性2016

    • Author(s)
      熊谷大地、高橋功太郎、葛原大軌,、増尾貞弘、工藤尚樹、生駒忠昭、山田 容子、中山 健一
    • 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(東京都・目黒区)
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] アニリニル基置換ホスホールの発光に対する温度効果2016

    • Author(s)
      近 成彦・茂木 祐太・俣野 善博・三浦 智明・生駒 忠昭
    • Organizer
      第6回 新潟大学自然系附置グリーンケミストリー連携教育研究センター 研究シンポジウム
    • Place of Presentation
      新潟大学(新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2016-03-15 – 2016-03-15
  • [Presentation] 白金錯体-ドナー-アクセプター連結系における電子移動反応に対する分子運動効果2015

    • Author(s)
      宮路 希生、三浦 智明、岡田 惠次、生駒 忠昭
    • Organizer
      異分野融合ワークショップ「有機太陽電池開発の現場と展望」
    • Place of Presentation
      奈良先端科学技術大学院大学(奈良県・生駒市)
    • Year and Date
      2015-11-27 – 2015-11-28
  • [Presentation] ベンズイミダゾリウム塩薄膜の光キャリアダイナミクスにおける対イオン効果2015

    • Author(s)
      内田 賢・脇川 祐介・三浦 智明・古川 貢・根本 一輝・長谷川 英悦・生駒 忠昭
    • Organizer
      異分野融合ワークショップ「有機太陽電池開発の現場と展望」
    • Place of Presentation
      奈良先端科学技術大学院大学(奈良県・生駒市)
    • Year and Date
      2015-11-27 – 2015-11-28
  • [Presentation] 熱変換型ベンゾポルフィリンで作製したバルクヘテロ電池の過渡光電流に対する側鎖依存性2015

    • Author(s)
      工藤 尚輝・内田 賢・生駒 忠昭・高橋 功太郎・葛原 大軌・山田 容子・熊谷 大地・山口 裕二・中山 健一
    • Organizer
      異分野融合ワークショップ「有機太陽電池開発の現場と展望」
    • Place of Presentation
      奈良先端科学技術大学院大学(奈良県・生駒市)
    • Year and Date
      2015-11-27 – 2015-11-28
  • [Presentation] 有機太陽電池の電流の磁気応答とキャリアダイナミクス2015

    • Author(s)
      東海林 良太・脇川 祐介・三浦 智明・生駒 忠昭
    • Organizer
      異分野融合ワークショップ「有機太陽電池開発の現場と展望」
    • Place of Presentation
      奈良先端科学技術大学院大学(奈良県・生駒市)
    • Year and Date
      2015-11-27 – 2015-11-28
  • [Presentation] Counter Ion Effects on the Photocarrier Dynamics in Polycrystalline Films of Benzimidazolium Salts2015

    • Author(s)
      K. Uchida, Y. Wakikawa, T. Miura, K. Furukawa, K. Nemoto, E. Hasegawa and T. Ikoma
    • Organizer
      The 9th Japanses-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場 (兵庫県・淡路市)
    • Year and Date
      2015-11-08 – 2015-11-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Molecular Rotation Effect on Triplet Fusion2015

    • Author(s)
      Kana Yokoyama, Yusuke Wakikawa, Tomoaki Miura, Jun-ichi Fujimori, Fuyuki Ito, and Tadaaki Ikoma
    • Organizer
      The 9th Japanses-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場 (兵庫県・淡路市)
    • Year and Date
      2015-11-08 – 2015-11-11
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 広帯域吸収バンドを有する前駆体を用いた有機太陽電池の過渡光電流2015

    • Author(s)
      工藤 尚輝・内田 賢・生駒 忠昭・高橋 功太郎・葛原 大軌・山田 容子・熊谷 大地・山口 裕二・中山 健一
    • Organizer
      第54回電子スピンサイエンス学会年会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2015-11-02 – 2015-11-04
  • [Presentation] ベンズイミダゾリウム塩の微結晶薄膜における光キャリアダイナミクス2015

    • Author(s)
      内田 賢・脇川 祐介・三浦 智明・古川 貢・根本 一輝・長谷川 英悦・生駒 忠昭
    • Organizer
      第54回電子スピンサイエンス学会年会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2015-11-02 – 2015-11-04
  • [Presentation] MDMO-PPV有機薄膜における磁気光インピーダンス分光研究2015

    • Author(s)
      脇川 祐介、生駒 忠昭
    • Organizer
      第54回電子スピンサイエンス学会年会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2015-11-02 – 2015-11-04
  • [Presentation] 逆ミセル中で生成するフラビンを含むラジカル対の時間分解ESRスペクトル2015

    • Author(s)
      中山 大輔・高橋 広奈・河合 明雄・三浦 智明・生駒 忠昭・前田 公憲
    • Organizer
      第54回電子スピンサイエンス学会年会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2015-11-02 – 2015-11-04
  • [Presentation] シングレットフィッションに対する高磁場効果2015

    • Author(s)
      矢後 友暁・貝瀬 眞菜・吉田 朋美・脇川 祐介・生駒 忠昭・若狭 雅信
    • Organizer
      第54回電子スピンサイエンス学会年会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2015-11-02 – 2015-11-04
  • [Presentation] P3HTとPCBMからなる太陽電池のキャリア動力学に対する磁場効果2015

    • Author(s)
      東海林 良太・脇川 祐介・三浦 智明・生駒 忠昭
    • Organizer
      第54回電子スピンサイエンス学会年会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ (新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2015-11-02 – 2015-11-04
  • [Presentation] Magnetoresponses of Heterojunction Solar Cell using P3HT and PCBM2015

    • Author(s)
      Ryota Shoji, Yusuke Wakikawa, Tomoaki Miura and Tadaaki Ikoma
    • Organizer
      The 4th International Congress on Natural Sciences
    • Place of Presentation
      Changhua (Taiwan)
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-12
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Carrier Dynamics and Computational Spectroscopic Study in Small Heterocyclic Acene Derivative2015

    • Author(s)
      Christopher Ambe, Yusuke Wakikawa Hiroko Yamada and Tadaaki Ikoma
    • Organizer
      The 4th International Congress on Natural Sciences
    • Place of Presentation
      Changhua (Taiwan)
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-12
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Time-resolved ESR Study on Excited Triplet States of Thermally Activated Delayed Fluorescent Molecules2015

    • Author(s)
      Tadaaki Ikoma
    • Organizer
      The 4th International Congress on Natural Sciences
    • Place of Presentation
      Changhua (Taiwan)
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-12
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ジフェニルヘキサトリエン誘導体結晶における一重項解裂に関する速度論的解析2015

    • Author(s)
      脇川 祐介、高橋 友範、泉 湧太、園田 与理子、加藤 隆二、生駒 忠昭
    • Organizer
      2015年光化学討論会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪府・大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] ジフェニルヘキサトリエンのシングレットフィッション に対する高磁場効果2015

    • Author(s)
      貝瀬 眞菜、矢後 友暁、加藤 隆二、園田 与理子、脇川 祐介、生駒 忠昭、若狭 雅信
    • Organizer
      2015年光化学討論会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪府・大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] シングレットフィッションに対する高磁場効2015

    • Author(s)
      矢後 友暁、貝瀬 眞菜、吉田 朋美、脇川 祐介、生駒 忠昭、若狭 雅信
    • Organizer
      2015年光化学討論会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪府・大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] ジフェニルヘキサトリエン誘導体結晶におけるシングレットフィッションダイナミクス2015

    • Author(s)
      高橋 友範、泉 湧太、園田 与理子、脇川 祐介、生駒 忠昭、加藤 隆二
    • Organizer
      2015年光化学討論会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪府・大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] 白金錯体-ドナー-アクセプター-連結系におけるスピン選択的電子移動に対する媒質運動効果2015

    • Author(s)
      宮路 希生、三浦 智明、岡田 惠次、生駒 忠昭
    • Organizer
      2015年光化学討論会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪府・大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] 電子スピンダイナミクスに基づく電荷分離状態の寿命制御2015

    • Author(s)
      三浦 智明、藤原 大、秋山 公男、岡田 惠次、生駒 忠昭
    • Organizer
      2015年光化学討論会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪府・大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [Presentation] Spin Polarization in the Lowest Excited Triplet State of Thermally Activated Delayed Fluorescent Molecule2015

    • Author(s)
      Toshinari Ogiwara, Yusuke Wakikawa and Tadaaki Ikoma
    • Organizer
      2015年光化学討論会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪府・大阪市)
    • Year and Date
      2015-09-09 – 2015-09-11
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 三重項ハーベストを照らすスピン化学2015

    • Author(s)
      生駒 忠昭
    • Organizer
      第27回配位化合物の光化学討論会
    • Place of Presentation
      佐渡インフォメーションセンター(新潟県・佐渡市)
    • Year and Date
      2015-08-07 – 2015-08-09
    • Invited
  • [Presentation] Temperature and Solvent Effects on the Singlet Fission Capability of Rubrene-based Organic Semiconductors Studied using Time-Dependent Density Functional Theory2015

    • Author(s)
      Celybhel V. Tacbianan, Francis Kirby P. Burnea, Marvin Jose F. Fernandez, Mannix P. Balanay, Tadaaki Ikoma, and Christopher E. Ambe
    • Organizer
      30th Philippine Chemistr Congress“ASEAN Chemistry in Resonance"
    • Place of Presentation
      Davao (Philippines)
    • Year and Date
      2015-04-15 – 2015-04-17
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Time-Resolved Investigation of the Triplet Exciton and Trapped Carrier Interaction in Donor-Acceptor Blend Films2015

    • Author(s)
      Christopher Ambe, Yusuke Wakikawa, Kana Yokoyama, Tadaaki Ikoma, and Hiroko Yamada
    • Organizer
      30th Philippine Chemistr Congress“ASEAN Chemistry in Resonance"
    • Place of Presentation
      Davao (Philippines)
    • Year and Date
      2015-04-15 – 2015-04-17
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-01-06   Modified: 2022-02-28  

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