Development of innovative solar cells based on bulk photovoltaic effect of ferroelectric pi-conjugated liquid crystals

基于铁电π共轭液晶体光伏效应开发创新太阳能电池

• 批准号: 21H01904
• 负责人: 舟橋 正浩
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Kagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01904/
• 关键词: バルク光起電力効果; 強誘電性液晶; 液晶性半導体; 強誘電体; 有機エレクトロニクス; 電界発光; 太陽電池; 拡張π電子共役系; バルクヘテロ接合; 有機薄膜太陽電池; フラーレン

本年度は、バルク光起電力効果を発現する分子凝集構造を明らかにするため、下記の検討を行った。同一の左右非対称なπ電子共役系に二つの乳酸部位が結合した構造を有するジアステレオマーを合成し、これらの化合物の液晶性と電子物性を比較した。二つのジアステレオマーのうち、(S,S)体が強誘電性で、分極誘起電界発光とバルク光起電力効果を示した。もう一方のジアステレオマーである(S,R)体はバルク光起電力効果、および、分極誘起電界発光を示さなかった。(S,R)体の液晶相ではクロモフォアが層法線に対して平行であるのに対して、(S,S)体の液晶相ではクロモフォアが層法線に対して45度傾く。一軸配向した試料では偏光電界発光がみられ、ポーリング電圧の極性を反転させると、偏光面が90度回転する。白色光を照射すると光起電力が発生し開放電圧は1 Vを超える。これらの結果は、キラルな分子が層法線から傾くことにより相の対称性が破れて分極が発生することを示している。AFMによる薄膜の表面観察においては、分極相では特徴的なドメイン構造がみられ、分子の微細な凝集構造とマクロな分極の間に相関性があることが示唆された。本成果に関連した論文はBCSJの優秀論文に選出された。また、バルク光起電力効果の分光感度を長波長側に延長するため、π電子系の拡張を検討した。クインケチオフェンコアに二つの乳酸エステル部位が結合した化合物を合成した。この化合物は、強誘電層であるキラルスメクティックC相と分子が層法線から傾いた高次のスメクティック相を示した。キラルスメクティック相に直流電圧を印加し、高次相へ冷却することにより、高次相において分極を固定することができた。高次相においてバルク光起電力効果が観測され、分光感度は630 nmにまで拡大することができた。また、エネルギー変換効率は0.7％に、フィルファクターは0.67に達した。

This year は, バ ル ク light up power working fruit を 発 now す る molecular aggregation structure を Ming ら か に す る た め, remember の 検 line for を っ た. Around the same の non said seaborne な PI electron に service department consists of two つ の が lactic acid parts combine し た a す を construction る ジ ア ス テ レ オ マ ー を synthetic し, こ れ ら の compound の liquid-crystal sex と electronic property を し た. Two つ の ジ ア ス テ レ オ マ ー の う ち, (S, S) が strong electrical で lure, extremely light induced electricity industry 発 と バ ル ク light up power working fruit を shown し た. も う side の ジ ア ス テ レ オ マ ー で あ る (S, R) body は バ ル ク light up power working fruit, お よ び, polarization induced electric industry 発 light を shown さ な か っ た. (S, R) body の liquid crystal phase で は ク ロ モ フ ォ ア が layer normal に し seaborne て parallel で あ る の に し seaborne て の liquid crystal phase and (S, S) body で は ク ロ モ フ ォ ア が layer normal に し seaborne て 45 degrees く. A shaft with the し た sample で は polarizing light electricity industry 発 が み ら れ, ポ ー リ ン グ electric 圧 の を reverse polarity planning さ せ る と, polarization plane が 90 degrees to planning す る. White light を irradiates すると, generates electricity が, produces <s:1>, opens the voltage を 1 Vを over える. こ れ ら の results は, キ ラ ル な molecular layer が normal か ら pour く こ と に よ り phase の said sex seaborne が broken れ て points very が 発 raw す る こ と を shown し て い る. AFM に よ の る film surface 観 examine に お い て は, polarization phase で は of 徴 な ド メ イ ン tectonic が み ら れ, superfine molecular の な aggregation structure と マ ク ロ な points between extremely の に phase masato sex が あ る こ と が in stopping さ れ た. This achievement に is related to the た papers BCSJ に outstanding papers に selected された. Youdaoplaceholder0, バ バ the effect of the power generation of the light of the <s:1> spectral sensitivity を the long wavelength side に the extension するため, π electron system <s:1> 拡 zhang を検 discusses the た. The が site of <s:1> <s:1> ケチ フェ コアに コアに コアに of <s:1> <s:1> <s:1> lactic acid エステ が combines with <s:1> た compound を to synthesize た た. は こ の compounds, strong electric layer lure で あ る キ ラ ル ス メ ク テ ィ ッ ク phase C と molecular layer が normal か ら pour い た higher の ス メ ク テ ィ ッ を ク phase in し た. キ ラ ル ス メ ク テ ィ ッ に ク phase dc 圧 を Inca し, higher order phase へ cooling す る こ と に よ り, higher order phase に お い て points very を fixed す る こ と が で き た. The high-order phase にお にお てバ てバ が観 of the activated power effect of the <s:1> measurement され and the spectral sensitivity てバ of 630 nmにまで拡 maximum する する とがで た た た た た た. ま た, エ ネ ル ギ ー - in sharper は 0.7% に, フ ィ ル フ ァ ク タ ー は に reach 0.67 し た.

项目成果

Polarized light emission from ferroelectric liquid crystals with extended -conjugated systems

具有扩展共轭系统的铁电液晶的偏振光发射

• 发表时间: 2022
• 作者: Wang Lu-Ming;Chen Jia-Kai;Zhang Bin-Bin;Liu Qi;Zhou Yang;Shu Jie;Wang Zuoshan;Shirahata Naoto;Song Bo;Mohammed Omar F.;Bakr Osman M.;Sun Hong-Tao;Masahiro Funahashi
• 通讯作者: Masahiro Funahashi

Liquid-Crystalline Perylene Bisimide Derivatives Bearing an Azacrown Ether Ring Complexing with Alkaline metal ions

含氮杂冠醚环与碱金属离子络合的液晶苝双酰亚胺衍生物

• DOI: 10.1039/d1qm01542g
• 发表时间: 2022
• 期刊: Mater. Chem. Front.
• 作者: T. Taga;S. Takaoka;S. Uemura;M. Funahashi
• 通讯作者: M. Funahashi

High open-circuit voltage in the bulk photovoltaic effect for the chiral smectic crystal phase of a double chiral ferroelectric liquid crystal doped with a fullerene derivative

• DOI: 10.1039/d1qm01143j
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: Materials Chemistry Frontiers
• 影响因子: 7
• 作者: M. Funahashi

拡張π電子共役系を組み込んだ強誘電性液晶のバルク光起電力効果と分極誘起電界発光

结合扩展π电子共轭系统的铁电液晶中的体光伏效应和偏振诱导电致发光

• 发表时间: 2023
• 期刊: 液晶
• 作者: 鐘本勝一;髙石晃平，鈴木貴之;舟橋正浩
• 通讯作者: 舟橋正浩

拡張π電子共役系を導入した強誘電性液晶におけるバルク光起電力効果

结合扩展π电子共轭系统的铁电液晶中的体光伏效应

• 发表时间: 2023
• 作者: 石井 宏幸;吉田 弘幸;小林 伸彦;舟橋正浩
• 通讯作者: 舟橋正浩