無機量子ドットと有機一重項分裂材料を複合した塗布型太陽電池の創成

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17H03103
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 有機・ハイブリッド材料
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 夫 勇進 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (00350489)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 量子ドット / 一重項励起子分裂 / 太陽電池

研究成果の概要

硫化鉛半導体量子ドットを精密合成し、粒径およびエネルギーギャップの任意制御に成功した。太陽電池での高い開放端電圧のための、高い最低励起三重項準位T1を有する有機SF材料を開発した。アセン骨格に依らない分子設計により、従来テトラセンの1.2 eVを大きく越え、S1 > 2 T1を満たすT1 = 1.38 eVの可能性を提示した。太陽電池応用において、量子ドットの配列制御は電荷輸送・励起子拡散・励起子閉じ込め等に極めて重要である。サイズを5 nm以下で制御した硫化鉛半導体量子ドットを合成し、溶液での自己集合的プロセスにより、1次元直線上に量子ドットを規則的に配列させる事に成功した。

自由記述の分野

有機物理化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

有機一重項励起子分裂は、多重励起子生成プロセスとして極めて高い注目を集めているが、利用できるエネルギーが小さい(太陽電池では電圧が低い)ため、学術的な興味に留まっている。従来材料を大きく越える、高いエネルギー準位を有する有機一重項励起子分裂分子の設計・合成に成功した。また、球状な半導体量子ドットの二次元での配列制御は多く報告されているが、自発的に1次元に並べる事は極めて難しい。溶液中での自己集合プロセスにより、コロイド半導体量子ドットの1次元配列に成功した。様々なエネルギーデバイス、情報デバイスへの応用が期待される。