有機太陽電池における高効率な電荷輸送経路の構築に関する研究

• 研究課題/領域番号: 10J03334
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 機能材料・デバイス
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 林 宏暢 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: ポルフィリン / フタロシアニン / フラーレン / グラフェン / 光電流 / 移動度 / アンバイポーラー特性 / らせん構造 / 光電変換特性 / 液晶 / 電荷輸送特性

研究概要

本年度は、有機薄膜太陽電池における高効率な電荷輸送経路構築を目指し、以下の2つの課題に関して研究を行った。まず、ポルフィリンを酸化亜鉛-グラフェン複合体に吸着させることで光機能性を付与し、さらにその複合体を光電変換系へ適用することを目的に研究を行った。その結果、グラフェンを含む系ではグラフェンを含まない系と比べて、高い光電変換特性を発現することがわかった。これは、光励起に伴うポルフィリンから酸化亜鉛への電子移動の後、グラフェンを介した高効率な電子輸送経路が構築されているためであると考えられる。この結果は、グラフェンを足場として用いた電極上への有機無機複合体のボトムアップ式構築法として、有用な知見を与えると考えられる。次に、液晶性分子を用いて、ドナー・アクセプター分子のバイコンティニュアス構造を構築することを目的に研究を行った。具体的には、液晶構造を形成することが報告されているフタロシアニンをフラーレンと共有結合を用いて連結させた分子を合成した。液晶構造を評価した結果、連結分子は加熱処理を行うことで、ディスコチックヘキサゴナルカラムナー構造を構築することがわかった。さらに、この液晶構造中では、フラーレンはフタロシアニンの一軸カラム周りに螺旋を巻いているような構造をとっていることが明らかになった。電荷移動度測定を行った結果、連結分子はアンバイポーラー特性を示したことに加え、高いキャリア移動度を有することがわかった。このような液晶構造と電荷輸送特性との相関の解明は、液晶分子を用いた有機デバイスの開発に有用な知見を与えると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Thermal Conversion of Precursor Soluble Polymer to Insoluble Low Bandgap Conjugated Polymers Containing Isothianaphthene Dimer Subunits (2012)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、広瀬公平、野田啓、松重和美、宍戸哲也、林宏暢、俣野善博、小野昇、今堀博
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 116 号: 1 ページ: 1256-1264
  • DOI: 10.1021/jp208775x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Carbon-Metal-Carbon Linkages on the Optical, Photophysical, and Electrochemical Properties of Phosphametallacycle-Linked Coplanar Porphyrin Dimers (2012)
  • 著者名/発表者名: 俣野善博、松本和明、林宏暢、中尾嘉秀、Tatu Kumpulainen、Vladimir Chukharev、Nikolai V.Tkachenko、Helge Lemmetyinen、清水宗治、小林長夫、酒巻大輔、伊藤彰浩、田中一義、今堀博
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 134 号: 3 ページ: 1825-1839
  • DOI: 10.1021/ja210205v
  • 査読あり
• [雑誌論文] A photoconductive, Thiophene-Fullerene Couble-Cable Polymer, Nanorod Device (2012)
  • 著者名/発表者名: 今堀博、北浦真司、吉良愛子、林宏暢、西正之、平尾一之、磯田正二、辻本将彦、高野幹夫、Zhang Zhe、宮戸祐治、野田啓、松重和美、Kati Stranius、Nikolai V.Tkachenko、Helge Lemmetyinen、Lidong Qin、Sarah J.Hurst、Chad A.Mirkin
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 3 号: 4 ページ: 478-481
  • DOI: 10.1021/jz300015e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Transfer Cascade by Organic/Inorganic Ternary Composites of Porphyrin, Zinc Oxide Nanoparticles, and Reduced Graphene Oxideon a Tin Oxide Electrode that Exhibits Efficient Photocurrent Generation (2011)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、Ian V.Lightcap、辻本将彦、高野幹夫、梅山有和、Prashant V.Kamat、今堀博
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 133 号: 20 ページ: 7684-7687
  • DOI: 10.1021/ja201813n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Segregated Donor □ Acceptor Columns in Liquid Crystals That Exhibits Highly Efficient Ambipolar Charge Transport (2011)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、二橋亘、梅山有和、俣野善博、関修平、清水洋、今堀博
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 133 号: 28 ページ: 10736-10739
  • DOI: 10.1021/ja203822q
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Fullerene Encapsulation on Structure and Photophysical Properties of Porphyrin-Linked Single-Walled Carbon Nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: 梅山有和、三原潤也、林宏暢、門田直樹、Vladimir Chukharev、Nikolai V.Tkachenko、Helge Lemmetyinen、吉田要、磯田正二、今堀博
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 47 号: 42 ページ: 11781-11783
  • DOI: 10.1039/c1cc15011a
  • NAID: 120004996206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local Stoichiometry in Amorphous Supramolecular Composites Analyzed by Solid-State ^<13>C Nuclear Magnetic Resonance (2011)
  • 著者名/発表者名: 梶弘典、林宏暢、山田知典、福地将志、藤村昴、上田真広、姜舜徹、梅山有和、俣野善博、今堀博
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oligothiophene Bearing 1-Hydroxy-1-oxodithieno[2, 3-b : 3', 2'-d]phosphole as a Novel Anchoring Group Cor Dye-sensitized Solar Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉良愛子、柴野佑紀、姜舜徹、林宏暢、梅山有和、俣野善博、今堀博一
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 39 ページ: 448-450
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced Charge Carrier Dynamics of Zn-Porphyrin-TiO_2 Electrodesl The Key Role of Charge Recombination for Solar Cell Performance
  • 著者名/発表者名: 今堀博、姜舜徹、林宏暢、治田充貴、倉田博基、磯田正二、Sophie E.Canon、Yingyot Infahsaeng、Arunkwnar Kathiravan、Torbjom Pascher、Pavel Chabera、Arkaay P.Yartsev、Villy Sundshtim
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bisquinoxaline-Fused Porphyrins for Dye-Sensitized Solaz Cells
  • 著者名/発表者名: 今堀博、飯島浩章、林宏暢、東出勇毅、梅山有和、俣野善博、伊藤省吾
  • 雑誌名: ChemSusChem 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [学会発表] Bottom-up Organization of Organic/Inorganic Ternary Composites on Electrode (2011)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢, Ian V.Lightcap, Prashant V.Kamat, 今堀博
  • 学会等名: 219th Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: モントリオール(カナダ)
  • 年月日: 2011-05-02
• [学会発表] 高効率な光電変換特性を示す有機無機複合体のボトムアップ式組織化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、梅山有和、今堀博
  • 学会等名: 日本化学会第91春季年会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス
  • 年月日: 2011-03-27
• [学会発表] Supramolecular Elementary Units in Porphyrin-Fullerene Composites Revealed by Solid-State NMR (2011)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、梅山有和、俣野善博、梶弘典、今堀博
  • 学会等名: 第40回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 名城大学天白キャンパス
  • 年月日: 2011-03-10
• [学会発表] Bottom-up Organization of Potphyrin, Zinc Oxide Nanoparticle, and Graphene on Electrode that Exhibits Efficient Photocurrent Generation (2010)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、Aleksandra Wojcik、Ian V.Lightcap、姜舜徹、梅山有和、俣野善博、Prashant V.Kamat、今堀博
  • 学会等名: 第39回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス時計台記念館
  • 年月日: 2010-09-07
• [学会発表] Photaclectrochemical Properties of Poryhyrin-Fullerene Modified ZnO Nanorod Electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、梅山有和、俣野善博、今堀博
  • 学会等名: 第39回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学吉田キャンパス時計台記念館
  • 年月日: 2010-09-05
• [学会発表] Photoelectrochemical Properties of Dye-Modified Zinc Oxide Nanorod and Nanoparticle Electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、吉良愛子、梅山有和、俣野善博、Patchazee Charoensirithavorn、佐川尚、吉川暹、Nikolai V.Tkachenko、Helge Lemmetyinen、今堀博
  • 学会等名: 18^<th> International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Cell
  • 発表場所: 韓国 ソウル市 高麗大学
  • 年月日: 2010-07-29
• [学会発表] Effects of ZnO Electrode Structure on Photoeleclrochemical Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、吉良愛子、梅山有和、俣野善博、Patcharee Charoensirithavorn、佐川尚、吉川暹、Nikolai V.Tkachenko, Helge Lemmetyinen, 今堀博
  • 学会等名: 217^<th> Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: カナダバンクーバーHyattホテル34階
  • 年月日: 2010-04-27
• [学会発表] Complexation of Porphyrin-Fullerene Composites in Amorphous State Revealed by Solid-State NMR (2010)
  • 著者名/発表者名: 林宏暢、山田知典、姜舜徹、梅山有和、俣野善博、梶弘典、今堀博
  • 学会等名: 217^<th> Electrochemical Society Meeting
  • 発表場所: カナダ、バンクーバー、Hyattホテル34階
  • 年月日: 2010-04-26
• [備考]
  • URL: http://www.moleng.kyoto-u.ac.jp/~moleng_05/