2022 Fiscal Year Annual Research Report
Design of organic semiconductor materials with spatially separated molecular orbitals within the molecular structure
Publicly Offered Research
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
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| Project/Area Number |
21H05397
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
斎藤 慎彦 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (10756315)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Keywords | 非フラーレンアクセプター / エキシトン / エキシトン束縛エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機薄膜太陽電池（OPV）の発電にはp型材料とn型材料のHOMOのオフセット（ΔEH）やLUMOのオフセット（ΔEL）がエキシトンの解離の駆動力になる。これが電圧ロス（Vloss）となるために、シリコンやペロブスカイト太陽電池に比べてOPVの効率が及ばない要因の一つとなっている。これはエキシトンがクーロン力によって束縛されているため、解離にはクーロン力を打ち破るエネルギーが必要なためである。そのため、Vlossを小さくするためには、エキシトンの束縛エネルギーを小さくする必要がある。本研究では、エキシトンの束縛エネルギーを小さくするためには、励起状態においてホールと電子を空間的に離すことで可能となると考え、有機半導体材料においてHOMOとLUMOを空間的に離した分子を設計した。HOMO-LUMO分離型分子MY1と従来のHOMO-LUMO分離していない分子MY2を開発し、物性を評価した。溶液の吸収スペクトルを評価すると、MY1のHOMO-LUMO遷移に由来する吸光係数はMY2に比べて約1/4になっており、HOMO-LUMO遷移が起きにくくなっているため、HOMO-LUMOが分離していることが間接的に示唆された。また、MY1、MY2にて、ΔEHがほぼ0になるp型ポリマーと組み合わせて平面積層型素子を作成し、評価したところ、MY1の方が高い短絡電流値が得られたため、エキシトンの束縛エネルギーが小さくなっている可能性を示した。
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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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