2003 Fiscal Year Annual Research Report
Project/Area Number |
02J05113
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Research Institution | Osaka University |
Principal Investigator |
羽曾部 卓 大阪大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC1)
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Keywords | 電子移動反応 / ポルフィリン / 光合成 / 有機太陽電池 / 自己組織化 / 光電流 / ITO / 光誘起電子移動 |
Research Abstract |
本研究では、光合成型有機太陽電池の実用化に向け、光吸収能及び電子移動特性に優れたポルフィリンを用いて、色素分子の分子設計・合成を含めた種々の光電変換システムの構築及びその評価を行った。はじめに、ポルフィリンの励起状態の失活を大幅に抑えることがわかっている半導体のITOに可視光領域内で効果的に光捕集を行うことができるメソ位で連結したポルフィリンオリゴマーを修飾した自己組織化単分子膜(SAMs)を作製した。その結果、ポルフィリンオリゴマーSAMsではモノマーSAMsと比較して可視光領域内におけるアクションスペクトルの積分値の比較により一分子あたり、アノード・カソード両方向の電流に対して、6.5倍以上の光電変換機能があることがわかった。さらに、ESRスペクトル等によりメソ位で連結したポルフィリンオリゴマーでは一電子酸化状態において電子の非局在化が観測され、光電流発生の向上に大きく寄与していることを見出した。 次に、単分子膜では光捕集能に限界があるため、ポルフィリンを極性-非極性混合溶媒を用いて分子クラスターを形成させ、それを電析により酸化スズ透明電極上に集合化させた。集合化に関する様子はTEM及びAFM等から分子クラスター形成の様子をはっきりと確認することができた。さらに、光電変換特性について検討を行ったところ、可視光領域内において幅広くポルフィリンクラスターを介した光電流発生が観測された。このようにポルフィリンクラスターに基づいた光電変換システムの構築に初めて成功した。 さらに、ポルフィリンにフラーレンを導入した混合クラスターを用いて酸化スズ電極上に電析を用いて集合化させた。光電流発生について検討を行ったところ、ポルフィリンとフラーレンの間の分子間電荷分離が光電流発生の増加に大きく寄与していることを見い出した。 また、ポルフィリンとフラーレンの三次元的な立体構造を効果的に制御するために、ポルフィリンアルカンチオール修飾金コロイドとフラーレンを用いて混合クラスターを作製した。フラーレンの添加濃度のみならず、アルカンチオールの鎖長に依存して光電変換特性も大きく向上がみられ、IPCE値最高54%、エネルギー変換効率1.5%を得ることができた。
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Research Products
(5 results)
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[Publications] Taku Hasobe et al.: "Quatemary Self-Organization of Porphyrin and Fullerene Units by Clusterization with Gold Nanoparticles on SnO_2 Electrodes for Organic Solar Cells"J.Am.Chem.Soc. 125. 14962-14963 (2003)
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[Publications] Taku Hasobe et al.: "Structure and Photoelectrochemical Properties of ITO Electrodes Modified with Self-Assembled Monolayers of meso, meso-Linked Porphyrin Oigomers"J. Porphyrins Phthalocyanines. 7. 296-312 (2003)
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[Publications] Taku Hasobe et al.: "Fast Self-Exchange Electron Transfer and Delocalization of Unpaired Electron between Zinc Porphyrin Radical Cations and Zinc Porphyrins"J. Porphyrins Phthalocyanines. 7. 328-336 (2003)
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[Publications] Taku Hasobe et al.: "Nanostructured Assembly of Porphyrin Clusters for Light Energy Conversion"J.Mater.Chem.. 13. 2515-2520 (2003)
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[Publications] Taku Hasobe et al.: "Light Energy Conversion Using Mixed Molecular Nanoclusters. Porphyrin and C_<60> Cluster Films for Efficient Photocurrent Generation"J.Phys.Chem.B. 107. 12105-12112 (2003)