| Project/Area Number |
10J04790
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Polymer chemistry
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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, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2010 – 2012
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2012)
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| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
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| Keywords | 共役高分子 / 高分子構造 / 励起子 / 励起子拡散 / annihilation / singlet fission / P3HT / PFO / 高分子ナノ構造 / 高分子結晶 / H-会合体 / 表面・界面 / 顕微分光 |
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| Research Abstract |
本研究は共役高分子の励起状態における光物理素過程を高分子ナノ構造の観点から考察したものである。当該年度に得られた成果は以下のように要約される。
(1)結晶性共役高分子regioregular poly (3-hexylthiophene) (P3HT)薄膜内での一重項励起子拡散ダイナミクスについて研究した結果、一重項励起子の拡散定数および拡散長がそれぞれ7.9×10^<-3>cm^2s^<-1>および20nmであることを明らかにした。また二分子失活速度の時間依存性を解析し、P3HT結晶相内では励起子は一次元的に拡散していることを明らかにした。
(2)一つの一重項励起子から二つの三重項励起子が生成する多重励起子生成反応(singlet fission)について研究した。アモルファスなpoly(9,9'-di-n-octylfluorene) (PFO)薄膜では三重項生成効率は高いが、三重項解離効率が低いため、生成した励起子の約半分が消滅した。一方、PFO主鎖の平面性が高く、分子鎖が配列した構造をとるβ-PFO薄膜では、電荷分離が競合過程となるため三重項生成効率は低いものの、励起子の拡散定数が大きいため、高い解離効率が得られることを明らかにした。
(3)PFOに構造の異なる芳香族アミンをそれぞれ導入した2種の高分子薄膜での三重項励起子ダイナミクスを調べた。その結果、平面性の低い芳香族アミンを有するF8-PDAでは、励起子は膜内を拡散できるのに対し、三重項エネルギーの低いF8-ADAの励起子は拡散できなかった。このような励起子ダイナミクスの違いは、フルオレン基と芳香族アミンの相対的な三重項エネルギー準位の違いによることを明らかにした。
以上の成果は高分子光物理・光化学の学問上興味深いばかりでなく、有機薄膜太陽電池や有機LEDなどの応用分野においても寄与するものと期待される。
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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
本研究はナノレベルでの分子形態観察から進めて、高分子の集合構造と光・電子機能との相関に着目し、有機エレクトロニクスの分野での活躍が期待される共役高分子の機能をナノスケールの構造から解明しようとする試みである。これまでの研究により結晶相での励起子拡散やsinglet fissionによる多重励起子生成など、応用上重要ないくつかの光物理素過程について高分子ナノ構造との相関を明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により共役高分子の形成するナノ構造場での励起状態ダイナミクスについては一定の成果をあげることに成功した。本研究の最終目標は有機薄膜太陽電池の高効率化にあるため、今後の研究方針としてはこれまで行ってきた基礎的な研究をさらに進めるとともに、本研究成果に基づく光電変換効率向上を目指す。とくに独創的・新規的な課題としてsinglet fissionによる多重励起子生成を応用した光電流増感に取り組みたいと考えている。また研究範囲を電荷のダイナミクスにまで拡大し、ナノ構造場における電荷再結合ダイナミクスについても研究したいと考えている。
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