2022 Fiscal Year Annual Research Report
ドナー/アクセプター界面における動的エキシトンの高速電荷分離メカニズムの解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
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| Project/Area Number |
21H05394
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
玉井 康成 京都大学, 工学研究科, 助教 (30794268)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Keywords | 電荷分離 / 電荷移動 / 電荷解離 / 有機薄膜太陽電池 / 過渡吸収分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「静的エキシトン」の枠組みで考えると、有機薄膜太陽電池において優れた電荷生成効率(高い短絡電流量)を実現するためには、材料の励起状態(LE状態)のエネ ルギーと電荷移動状態(CT状態)のエネルギーに十分なエネルギー差(オフセット)が必要である。 一方、我々はLE-CT状態間にオフセットが無くても高速で電荷生成可能な系を見出している。このようなオフセットの無いドナー/アクセプター (D/A)界面における高速電荷移動は従来の静的エキシトンの枠組みでは説明が難し く、なぜオフセットが無くても高速電荷移動可能なのかは未だ明らかになっていない。 そこで本研究では過渡吸収分光法を中心とした種々の分光学的手法によりD/A界面における電荷ダイナミクスを評価し、オフセットが無いD/A界面における「動的 エキシトン」の電荷分離・再結合メカニズムを明らかにする。 本研究ではモデル系として現在のstate-of-the-art系であるPM6/Y6素子を用いた。PM6/Y6ブレンド膜を狭バンドギャップ材料であるY6の吸収波長である800 nmで 光励起して過渡吸収測定を行うと励起直後からPM6の基底状態褪色が観察された。これは100 fsの励起パルス内で既に一部のY6励起子が電荷分離していることを示している。PM6/Y6系におけるオフセットは0.1 eV程度しかないため、この様な高速電荷分離は静的エキシトン描像とは異なるものである。また比較系としてY6よりわずかにHOMOの浅いY5を用いて、PM6/Y5系における電荷分離ダイナミクスを測定したところ、電荷移動効率・電荷解離効率ともに低下した。これらの治験に基づき、現在オフセットレス電荷分離メカニズムについて包括的に検討している。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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