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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Nonradiative Transition Beyond Energy-Gap Law in Fused-Ring pi-Conjugated Molecules

Research Project

Project/Area Number 22K19062
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

大北 英生  京都大学, 工学研究科, 教授 (50301239)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) KIM HYUNGDO  京都大学, 工学研究科, 助教 (80837899)
Project Period (FY) 2022-06-30 – 2024-03-31
Keywords縮環系共役分子 / 蛍光寿命 / 発光量子収率 / 輻射遷移速度 / 無輻射遷移速度 / 温度依存性 / エネルギーギャップ則 / 再配向エネルギー
Outline of Annual Research Achievements

令和5年度は、バンドギャップエネルギーの異なる種々の縮環系π共役分子として低分子のみならず共役高分子に対して蛍光寿命ならびに発光量子収率の温度依存性を測定することによって輻射ならびに無輻射遷移速度を系統的に検討した。その結果、共役高分子については溶液中において分子分散しているものと凝集形態をとるものが存在することを明らかにした。室温で分子分散状態でありコイル状の分子鎖形態をとる共役高分子では、吸収および発光スペクトルともに昇温とともに発光強度が低下するものの温度依存性はわずかであり、輻射ならびに無輻射遷移速度の温度依存性も限定的であった。これに対して、室温で凝集形態をとる共役高分子では、昇温とともに吸収および発光スペクトルともに大きく短波長シフトするとともに発光強度は大きく増加した。この結果は、発光量子収率の低い凝集状態から発光量子収率の高い分散状態へと分子鎖形態が変化していることに起因すると考えられる。縮環構造が大きく発達したモノマーユニットからなる共役高分子の場合、昇温により吸収および発光スペクトルともにほとんど変化を示さず、輻射ならびに無輻射遷移速度の温度依存性も見られなかった。これは、測定した温度範囲では凝集形態が解消されることがなかったためであると考えられ、縮環構造が大きく発達した主鎖構造は分子鎖間相互作用が極めて大きいことを示している。その結果、無輻射遷移速度が大きく抑制され、長寿命励起状態が実現されていることが分かった。また、バンドギャップエネルギーの異なる共役高分子について分子分散状態のものに統一して、無輻射遷移速度のエネルギーギャップ依存性を検証したところ、明確なエネルギーギャップ依存性は見られなかった。これは、再配向エネルギーの大きな分子群と小さな分子群が混在しているためであり、それぞれの分子群ではエネルギーギャップ依存性が成立していることが示唆された。

  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 8 results)

  • [Journal Article] Ordered π-conjugated polymer backbone in amorphous blend for high efficiency nonfullerene organic photovoltaics2023

    • Author(s)
      Saito Masahiko、Yamada Hiroya、Kranthiraja Kakaraparthi、Jeon Jihun、Kim Hyung Do、Mikie Tsubasa、Saeki Akinori、Ohkita Hideo、Osaka Itaru
    • Journal Title

      Communications Materials

      Volume: 4 Pages: 72

    • DOI

      10.1038/s43246-023-00395-y

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spontaneous-Symmetry-Breaking Charge Separation Induced by Pseudo-Jahn?Teller Distortion in Organic Photovoltaic Material2023

    • Author(s)
      Zaima Takeaki、Ota Wataru、Haruta Naoki、Uejima Motoyuki、Ohkita Hideo、Sato Tohru
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 14 Pages: 9706~9712

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.3c02527

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 高分子太陽電池の現状と課題2024

    • Author(s)
      大北英生
    • Organizer
      日本太陽光発電学会 次世代太陽電池セル・モジュール分科会 2023年度第2回研究会
    • Invited
  • [Presentation] 高分子およびペロブスカイト太陽電池における界面エンジニアリング2024

    • Author(s)
      大北英生
    • Organizer
      日本化学会 第104春季年会(2024)CIP 光電変換デバイスの化学と物理
    • Invited
  • [Presentation] 高分子半導体を用いた次世代太陽電池の新展開2024

    • Author(s)
      大北英生
    • Organizer
      2023年度繊維学会東北・北海道支部講演会
    • Invited
  • [Presentation] 有機薄膜太陽電池の高効率化の最新状況と材料開発・今後の展望2024

    • Author(s)
      大北英生
    • Organizer
      AndTech 有機薄膜太陽電池材料WEB講習会
    • Invited
  • [Presentation] 縮環系共役高分子における一重項励起子物性2023

    • Author(s)
      佐藤友揮, 三木江翼, 尾坂格, 大北英生
    • Organizer
      第72回高分子学会年次大会
  • [Presentation] Interface Engineering for Organic and Hybrid Solar Cells2023

    • Author(s)
      Hideo Ohkita
    • Organizer
      15th International Conference on Hybrid and Organic Photovoltaics (HOPV23)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高分子太陽電池に用いられる縮環π共役系分子の輻射・無輻射遷移速度2023

    • Author(s)
      佐藤友揮, 三木江翼, 斎藤慎彦, 尾坂格, 大北英生
    • Organizer
      第20回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
  • [Presentation] 共役高分子薄膜におけるサブバンドギャップ吸収帯の分光解析2023

    • Author(s)
      山﨑瑞祈, Hyung Do Kim, 大北英生
    • Organizer
      第69回高分子研究発表会(神戸)
  • [Presentation] New Horizons in Polymer Solar Cells2023

    • Author(s)
      Hideo Ohkita
    • Organizer
      13th SPSJ International Polymer Conference (IPC 2023)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 縮環系π共役分子の輻射および無輻射遷移2023

    • Author(s)
      佐藤友揮, 三木江翼, 尾坂格, 大北英生
    • Organizer
      2023年光化学討論会
  • [Presentation] 縮環系共役高分子薄膜における一重項励起子寿命2023

    • Author(s)
      佐藤友揮, 三木江翼, 尾坂格, 大北英生
    • Organizer
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 高分子ブレンド薄膜に基づく有機光エレクトロニクス材料2023

    • Author(s)
      大北英生, Hyung Do Kim
    • Organizer
      第72回高分子討論会
  • [Presentation] Interface Engineering for Organic and Perovskite Photovoltaics2023

    • Author(s)
      Hideo Ohkita
    • Organizer
      244th ECS Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 縮環系π共役分子の輻射および無輻射遷移速度2023

    • Author(s)
      大北英生, 佐藤友揮
    • Organizer
      日本化学繊維研究所第81回講演会
  • [Presentation] 有機薄膜太陽電池の素子特性評価・解析の基本2023

    • Author(s)
      大北英生
    • Organizer
      2023年有機エレクトロニクス講習会
    • Invited
  • [Presentation] 縮環系π共役高分子薄膜の無輻射遷移2023

    • Author(s)
      佐藤友揮, 三木江翼, 尾坂格, 大北英生
    • Organizer
      第5回フロンティア太陽電池セミナー
  • [Presentation] 有機半導体ブレンド薄膜およびナノ粒子における電荷キャリア寿命2023

    • Author(s)
      上月一輝, 三木江翼, 尾坂格, 大北英生
    • Organizer
      第5回フロンティア太陽電池セミナー

URL: 

Published: 2024-12-25  

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