Offset-less charge generation due to symmetry breaking in pi-conjugated molecular systems

令和4年度は、以下の研究項目ついて検討し、後述するような成果を挙げた。【エントロピー効果】非晶性共役高分子のPCDTBTあるいはRRa-P3HTとフラーレン誘導体PCBMを用いたブレンド膜における界面電荷移動（CT）状態を起点とした励起子を経由しない電荷生成ダイナミクスの温度依存性を検討した。その結果、いずれも温度依存性を示さず、PCDTBTよりもエネルギー不均一性の高い非晶性共役高分子RRa-P3HTを用いた場合、解離効率は30%以下と低くエネルギー不均一性に依存することが分かった。熱平衡モデルでは不均一性が高いほど高い解離効率を与えると予測するので、この結果を解釈するには非熱平衡状態での電荷生成機構を考慮する必要があると考えられる。【エンタルピー効果】ヘテロ接合界面においてエネルギーカスケード構造を有する二元ブレンド系として、側鎖構造の異なるPTzBT-BOHDならびにPTzBT-12ODとフラーレン誘導体PCBMを用いたブレンド膜における電荷生成ダイナミクスを検討した。その結果、いずれの系も高い解離効率の高効率電荷生成が観測されたが、カスケード構造の違いに起因して電荷解離効率にわずかながら違いが見られた。【自発的対称性の破れ】バンドギャップエネルギーの異なる縮環系の共役が発達した分子群を用いて、溶液状態における発光寿命測定ならびに発光量子収率測定を行い、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、輻射遷移速度はバンドギャップエネルギーによらずほぼ一定の値を示し、無輻射遷移速度は再配向エネルギーの違いにより分類するとそれぞれの群ごとにエネルギーギャップ則が成立することを明らかにした。興味深いことに、再配向エネルギーの小さな群は大きな群よりも無輻射遷移速度が抑制されており一重項励起子が長寿命であることを見出した。

令和4年度は、以下の研究項目ついて検討し、後述するような成果を挙げた。【エントロピー効果】非晶性共役高分子のPCDTBTあるいはRRa-P3HTとフラーレン誘導体PCBMを用いたブレンド膜における界面電荷移動（CT）状態を起点とした励起子を経由しない電荷生成ダイナミクスの温度依存性を検討した。その結果、いずれも温度依存性を示さず、PCDTBTよりもエネルギー不均一性の高い非晶性共役高分子RRa-P3HTを用いた場合、解離効率は30%以下と低くエネルギー不均一性に依存することが分かった。熱平衡モデルでは不均一性が高いほど高い解離効率を与えると予測するので、この結果を解釈するには非熱平衡状態での電荷生成機構を考慮する必要があると考えられる。【エンタルピー効果】ヘテロ接合界面においてエネルギーカスケード構造を有する二元ブレンド系として、側鎖構造の異なるPTzBT-BOHDならびにPTzBT-12ODとフラーレン誘導体PCBMを用いたブレンド膜における電荷生成ダイナミクスを検討した。その結果、いずれの系も高い解離効率の高効率電荷生成が観測されたが、カスケード構造の違いに起因して電荷解離効率にわずかながら違いが見られた。【自発的対称性の破れ】バンドギャップエネルギーの異なる縮環系の共役が発達した分子群を用いて、溶液状態における発光寿命測定ならびに発光量子収率測定を行い、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、輻射遷移速度はバンドギャップエネルギーによらずほぼ一定の値を示し、無輻射遷移速度は再配向エネルギーの違いにより分類するとそれぞれの群ごとにエネルギーギャップ則が成立することを明らかにした。興味深いことに、再配向エネルギーの小さな群は大きな群よりも無輻射遷移速度が抑制されており一重項励起子が長寿命であることを見出した。