| 研究課題/領域番号 |
21H02012
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分35030:有機機能材料関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
玉井 康成 京都大学, 工学研究科, 助教 (30794268)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円)
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| キーワード | 有機薄膜太陽電池 / 高速分光 / 電荷分離 / 電荷再結合 / 電荷移動 / 電荷解離 / 過渡吸収分光 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
有機薄膜太陽電池の光電変換効率が結晶シリコンなどの無機系太陽電池に遅れをとる要因の一つに、多くの有機薄膜太陽電池では無機系に比べて無輻射再結合損失が大きいことが挙げられる。
有機薄膜太陽電池の無輻射再結合損失を抑制するためには、電子ドナー/アクセプター界面における電荷再結合メカニズムを詳細に理解する必要があるため、本研究では過渡吸収分光法などの種々の分光学的手法を駆使することで、エネルギーオフセットの小さな電子ドナー/アクセプター界面における電荷再結合メカニズムを検討する。
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| 研究実績の概要 |
有機薄膜太陽電池の現在のstate-of-the-art系であるドナーにPM6、アクセプターにY6を用いたPM6/Y6素子は励起状態とCT状態のエネルギーオフセットが0.1 eV程度しかないにも関わらず効率よく電荷生成することが知られている。そこでPM6/Y6ブレンド薄膜について過渡吸収分光測定を行い、電荷生成メカニズムを検討し た。
過渡吸収データに含まれる微弱な過渡電場吸収信号の時間発展を詳細に解析した結果、この系ではCT状態が自由電荷に解離するのに10 ps程度の時間を要している ことがわかった。また電荷解離効率は温度に依存しないことから、既存のOnsagerモデル、Ballistic電荷分離モデルのどちらとも異なる機構で電荷分離している ことがわかった。基底状態褪色信号のピーク位置の時間発展からこの系では材料が結晶化することで界面近傍にポテンシャルエネルギー勾配が形成され、この勾配を電荷がダウンヒル緩和することで電荷解離していることがわかった。 また、Y6とほぼ同じ化学構造でありながらわずかにHOMOが浅いY5をアクセプターに用いたPM6/Y5素子を作製し、光電変換特性を評価したところ、光電変換効率が低下した。電荷分離効率を詳細に解析したところ、この系では界面での電荷移動およびCT状態の解離効率のいずれも低下していることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
過渡吸収分光を用いた電荷分離ダイナミクスの解明についてはやや計画を上回るペースで進行している。一方、再結合発光の観測については、コロナ禍の影響により機器の納入遅れが生じたため、昨年度までで予定していた測定がまだ完了していない。
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| 今後の研究の推進方策 |
モデル系として引き続きPM6/Y6およびその誘導体を用いたPMn/Yn系を用いて分光測定を行う。種々のPMn/Ynブレンド膜について過渡吸収測定を行い、電荷分離・ 対再結合ダイナミクスを検討する。 二分子再結合ダイナミクスについては過渡吸収分光法では追跡できないため、iCCDを用いた再結合発光観測により再結合ダイナミクスの評価を検討する。
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