| 研究課題/領域番号 |
20K05416
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| 研究機関 | 埼玉大学 |
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研究代表者 |
矢後 友暁 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (30451735)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 励起子分裂 / 遅延蛍光 / 磁場効果 / ナノ粒子 |
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| 研究実績の概要 |
太陽電池の開発においては、太陽光のもつエネルギーを有効に活用できることが重要である。既存のシリコン太陽電池においては、1100 nmの光のエネルギーは有効に活用されているが、それより短波長の光においては、光のエネルギーの一部が熱となり電気的なエネルギーに変換されずに放出されている。このようなエネルギーを有効活用できれば、太陽電池の効率の向上が期待される。
シングレットフィッション（励起子分裂）とは、一つの光励起状態（一重項）から二つの光励起状態（三重項）が生成する現象のことである。この励起子分裂を利用すると、太陽電池の効率を向上させることが可能である。励起子分裂を用いたスキームにおいては、（1）はじめに分子が短波長の光を吸収する。（2）励起子分裂が起こり、エネルギーが低い励起状態が二つ生成する。（3）励起状態のエネルギーが太陽電池の駆動に必要なエネルギーにマッチしているため、二つの励起状態エネルギーどちらもが電気エネルギーに変換される。したがって、この波長での太陽電池の変換効率は励起子分裂がない場合に比べ倍となり、太陽電池の効率化が達成される。
このような励起子分裂の最適化するためには、その機構を明らかにすることが重要である。実際の有機デバイスにおいては、デバイスの効率化のためにデバイスサイズがナノメートルオーダーとなっていることが多い。そこで本研究では、ナノメートルサイズの有機固体において励起子分裂過程がどのように進行するのかを明らかとすることを目的とした。再沈法により、ルブレンおよびジフェニルヘキサトリエンのナノ粒子を作成した。磁場下での蛍光測定から有機ナノ粒子中での励起子分裂過程を観測することに成功した。
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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
令和２年度は、ルブレンを用いて研究を進めた。再沈法により粒径が数百ナノメートルのナノ粒子を含んだ分散液を作成した。このナノ粒子分散液において観測される遅延蛍光に対する磁場効果を観測した。得られた結果をバルク結晶から得られる結果と比較し検討した。はじめに定常状態での遅延蛍光に対する磁場効果を観測した。定常状態の測定では、ナノ粒子およびバルク結晶において150％程度の磁場効果を観測できた。磁場効果の大きさは若干異なるもののナノ粒子およびバルク結晶で観測される磁場効果に大きな相違を見出すことはできなかった。次に蛍光寿命測定を行ったところ、バルク結晶では速やかに蛍光が減衰するのに対し、ナノ粒子においては蛍光の減衰が遅くなり長寿命化するという現象が観測された。これは、バルク結晶では拡散しもどってこない励起三重項が、ナノ粒子では界面に跳ね返され戻ってくるためと考えられる。このため、遅延蛍光が増加し、見かけの蛍光寿命が長くなったと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和３年度は、テトラセンやジフェニルヘキサトリエンでもナノ粒子を作成し同様の実験を行う予定である。また、磁場効果の時間変化を詳細に解析し、励起子のダイナミクスを明らかにする予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由：新コロナウィルスの影響で、国際学会が中止となったため。また、6月まで、緊急事態宣言により研究室の活動が制限されたため。
使用計画：理論解析の比率を増やすことを計画している。数値解析のためのパソコンおよびソフトウェアを新たに購入する予定である。
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