| 研究領域 | 動的エキシトンの学理構築と機能開拓 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05397
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | 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 / 有機太陽電池 / n型材料 / 分子軌道 / 有機薄膜太陽電池 / 非フラーレンn型材料 / organic semiconductor / organic photovoltaic / molecular orbital |
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| 研究開始時の研究の概要 |
有機薄膜太陽電池の発電において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となる。そのため、駆動力の小さな材料を探索するために、HOMOおよびLUMO軌道の分布を分断した分子を開発する。これは励起子のホールと電子の距離を空間的に離した分子を開発することでΔEHやΔELが小さい系でも効率的に電荷分離することが可能な分子となることが期待される。
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| 研究実績の概要 |
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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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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