| 研究課題/領域番号 |
21K14694
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 |
中村 智也 京都大学, 化学研究所, 助教 (90850371)
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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 |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | ペロブスカイト / 太陽電池 / 電子輸送材料 / フラーレン / 単分子材料 / 電子回収材料 / ロダニン / 有機半導体 / 界面化学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
スズ系ペロブスカイト太陽電池は環境負荷の低減の観点から注目を集めているが、その光電変換効率は鉛系材料を用いたものよりも低くとどまっている。本研究では、低い光電変換特性の要因として、電荷輸送材料の移動度が十分でないことと、分子レベルでのペロブスカイト層との界面構造制御法が無いことに着目し、①嵩高いコア骨格と平面性の高い末端骨格を組み合わせた2次元拡張π共役分子を開発し、電荷輸送特性を向上する。さらに、②ペロブスカイト層に対する「アンカー部位」としてアルキルアンモニウム基を含む分子を用いて、ペロブスカイト層―電荷輸送層の分子レベルでの界面制御に取り組む。
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| 研究成果の概要 |
スズハライドペロブスカイト太陽電池は、環境負荷の少ない塗布型太陽電池として期待されている。しかし、スズペロブスカイトの伝導帯準位が浅いため、一般的に用いられる電子輸送材料であるフラーレンC60のLUMO準位との間のエネルギーギャップが大きく、低い開放電圧しか得られないことが課題であった。そこで本研究では、浅めのLUMO準位をもつ電子輸送材料として、(1) 開口フラーレン誘導体および、(2) フェニレン架橋ビスピリジノフラーレン誘導体を開発した。本材料を電子輸送材料として用いたスズペロブスカイト太陽電池において、最高で0.86 Vの開放電圧と12.3%の光電変換効率が得ることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
浅めのLUMO準位をもつフラーレン誘導体としては、インデン-C60二付加体（ICBA）が一般的に用いられている。しかし、二付加体は合成においてさまざまな異性体が生じ、それらを分離するのが困難であるという課題があった。本研究で開発した開口フラーレン誘導体およびビスピリジノフラーレン誘導体は、多くの異性体を生じることなく簡便に大スケールで合成可能であるという特徴をもつ。スズペロブスカイト太陽電池の実用化にもつながる成果である。
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