高感度時間分解THz分光法の開発と光エネルギー変換材料への応用

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K05373
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 太田 薫 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 学術研究員 (30397822)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: テラヘルツ分光法 / 有機太陽電池 / 電荷キャリア / 移動度

研究実績の概要

我々はジケトピロロピロール連結テトラベンゾポルフィリン(DPP-BP)とPCBMとの低分子系バルクヘテロ接合型（BHJ）薄膜試料について、時間分解テラヘルツ分光法により電荷キャリアのダイナミクスに関する研究を行った。テラヘルツ分光測定の結果から、C4-DPP-BP:PCBMとC10-DPP-BP:PCBM BHJ薄膜試料の電荷キャリアの移動度に違いが見られず、電荷キャリアの局所的な移動度が分子配列やモルフォロジーに大きく依存しないことがわかった。一方、時間分解過渡光電流測定の研究から、電荷キャリアの再結合過程はアルキル鎖が長くなるほど、光電流の時間変化の減衰が速くなることがわかっている。これは、アルキル鎖が長いC10-DPP-BPでは結晶のドメインサイズが大きくなり、p/n接合面の表面積が大きくなることで、界面での電荷キャリアの再結合過程が促進されるためであると考えられている。これらの研究結果を総合し、低分子系有機薄膜太陽電池の特徴を活かすことで、電荷キャリアの局所的な移動過程と長距離的な電荷輸送過程の顕著な違いを明らかにすることができた。さらに亜鉛と含んだジケトピロロピロール連結テトラベンゾポルフィリン(C4-DPP-ZnBP)と亜鉛を含まないC4-DPP-BPバルクヘテロ接合型（BHJ）薄膜試料の電荷分離状態の構造やダイナミクスと微視的な結晶構造やモルフォロジーとの関係についての研究を行った。これらの得られた結果については論文や総説として発表している。

研究成果

• [雑誌論文] Physical Properties and Low-Frequency Polarizability Anisotropy and Dipole Responses of Phosphonium Bis(fluorosulfonyl)amide Ionic Liquids with Pentyl, Ethoxyethyl, or 2-(Ethylthio)ethyl Group (2023)
  • 著者名/発表者名: Ando Masatoshi、Ohta Kaoru、Ishida Tateki、Koido Ryohei、Shirota Hideaki
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 127 ページ: 542～556
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.2c07466
  • 査読あり
• [雑誌論文] Slow spectral diffusion of the NO stretching mode of [RuCl₅(NO)]^2? in D₂O studied by 2D-IR spectroscopy and molecular dynamics simulations (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujii Yuki、Aikawa Kyoko、Tayama Jumpei、Banno Motohiro、Ohta Kaoru、Tominaga Keisuke
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 158 ページ: 134510～134510
  • DOI: 10.1063/5.0139133
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic Structures, Dynamics, and Spin Configuration of the Charge Carriers in Organic Photovoltaic Solar Cells Studied by Advanced Time-Resolved Spectroscopic Methods (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohta Kaoru、Tominaga Keisuke、Ikoma Tadaaki、Kobori Yasuhiro、Yamada Hiroko
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 38 ページ: 7365～7382
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.2c00290
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonpolymer Organic Solar Cells: Microscopic Phonon Control to Suppress Nonradiative Voltage Loss via Charge-Separated State (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagatomo Takaaki、Vats Ajendra K.、Matsuo Kyohei、Oyama Shinya、Okamoto Naoya、Suzuki Mitsuharu、Koganezawa Tomoyuki、Fuki Masaaki、Masuo Sadahiro、Ohta Kaoru、Yamada Hiroko、Kobori Yasuhiro
  • 雑誌名: ACS Physical Chemistry Au 巻: 3 ページ: 207～221
  • DOI: 10.1021/acsphyschemau.2c00049
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Charge carrier dynamics in bulk heterojunction organic thin films studied by time-resolved terahertz spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Ohta, Hiroko Yamada, and Keisuke Tominaga
  • 学会等名: pLED International Symposium 2023: Exploring Invisible Light Technology
  • 国際学会
• [学会発表] 紫外光ポンプ光THz波プローブによる励起子‐フォノン相互作用の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 太田 薫
  • 学会等名: 2022年度福井大学遠赤外領域開発研究センター共同研究成果報告会
• [学会発表] Time-Reversal Focusing of Ultrashort Pulses through Thin Scattering Media with a Combination of Wavefront and Pulse Shaping Techniques (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Ohta
  • 学会等名: OPIE2022, Sensing and Imaging through Scattering and Fluctuating Field in Biology, Telecommunication, and Astronomy
  • 国際学会
• [学会発表] Probing Charge Carrier Dynamics in Porphyrin-Based Bulk Heterojunction Thin Films with Time-Resolved Terahertz Spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Ohta, Mitsuharu Suzuki, Hiroko Yamada, and Keisuke Tominaga
  • 学会等名: 241st ECS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 散乱体透過条件下での超短パルス光の時間反転波面制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 太田 薫
  • 学会等名: 神戸大学次世代光散乱イメージング科学研究センターキックオフシンポジウム
• [学会発表] 時間分解テラヘルツ分光法で観るポルフィリン系有機薄膜太陽電池の電荷キャリアダイナミクス (2022)
  • 著者名/発表者名: 太田 薫、鈴木 充朗、山田 容子、富永 圭介
  • 学会等名: 2022年 光化学討論会
• [学会発表] 散乱体透過条件下での超短パルス光の時間反転波面制御法の開発と応用に向けた展開 (2022)
  • 著者名/発表者名: 太田 薫
  • 学会等名: 日本光学会年次学術講演会Optics & Photonics Japan 2022
  • 招待講演