| 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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| キーワード | 有機薄膜太陽電池 / 非フラーレンn型材料 / エキシトン |
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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。本研究では、OPVの材料において、HOMOおよびLUMO軌道の分布を分断した分子を開発することで励起子のホールと電子の距離を物理的に離し、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を探索することを目的として研究を推進した。
HOMOが側鎖、LUMOが分子の中心骨格に分布した化合物MY1とHOMOおよびLUMOの軌道が分子の中心骨格にあるMY2を設計、合成した。溶液の吸収スペクトルから吸光係数を見積もったところ、MY1の吸光係数はMY2の約4分の1まで低下しており、HOMOからLUMOへの遷移が起きにくくなっていることが明らかとなった。これは間接的にではあるが、MY1のHOMOとLUMOが分断された材料であることが示唆された。また、吸収スペクトルのバンドギャップとサイクリックボルタンメトリー測定によるHOMO-LUMOギャップからエキシトンの束縛エネルギーを見積もったところ、MY1はMY2に比べて遥かに小さい値を示した。これらの材料に関してプラナーヘテロジャンクション素子を作製し、評価を行なったところ、HOMOのオフセットがほぼ0の組み合わせではMY1の方がMY2よりも高い電流値を示したため、エキシトンの束縛エネルギーの低下が電流向上に影響している可能性を示した。
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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
本研究の目的であった分子軌道分断した新規のn型材料の開発をすでに達成しているだけでなく、分子軌道を分断した材料ではエキシトンの束縛エネルギーが小さくなっていることが明らかとなった。現在は太陽電池素子の評価段階である。また、材料の大量合成の合成検討や新たな材料開発も平行して進めており、順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
R４年度は材料の大量合成と太陽電池素子の評価を行う。また、軌道の分断の程度を調整した材料の開発にも取り組み、エキシトンの束縛エネルギーとの相関関係を調査していく。
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