電子スピン選択的な励起子解離による革新的有機光電変換素子の創製

利用电子自旋选择性激子解离创建创新的有机光电转换器件

基本信息

批准号：
21H02015
负责人：
中野谷一
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Kyushu 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

项目摘要

本研究の最終目標は、有機分子系において生成される電荷移動（CT: charge-transfer）型励起子に着目し、励起子解離過程における励起電子スピン状態の選択性を実証し、 “逆電子移動損失ゼロ” という革新的な光電変換素子を実現することである。R3年度までの研究において、熱活性化遅延蛍光（TADF）分子である4CzIPNなど、最低励起一重項準位と最低励起三重項準位間のエネルギー差が小さく、かつ極性を有する分子からなる薄膜では、光励起により生成した三重項励起子が自発的に解離し、電荷が生成されていることを明らかとした（Science Advances, 8, abj9188, 2022）。またさらに、薄膜中で励起子解離と電荷再結合が繰り返されることで長寿命EL発光が生じている事実も明らかとした。R4年度においては、有機薄膜中における自発的な励起子解離により生成した電荷の寿命に着目し研究を実施した。結果、大きな極性を有するTADF分子であるTPA-DCPPを活性材料とした有機薄膜では、驚くべきことに生成した電荷（電子）は、有機薄膜中で1ヶ月間以上に渡って極めて安定に保持されているという事実を見出した（Advanced Materials, 35, 2210335, 2023）。またさらに、長時間保持されている電荷は、有機薄膜中で空間的にも保持されていることを実験的に確認することに成功した。この長時間電荷保持の特性は、１）電荷再結合過程の抑制、２）大きな分極界面の形成によるものと結論できる。これらの事実は、有機分子の極性によって誘起される自発配向分極の形成により、生成した電荷が有機薄膜界面で安定に保持可能であるということを意味し、光電変換素子の高性能化だけでなく撮像素子やメモリ素子などに応用できる可能性がある。

这项研究的最终目标是专注于有机分子系统中产生的电荷转移（CT）型激子，证明了激发电子自旋在激发子解离过程中的选择性，并实现具有零反向电子转移损失的创新光电转换设备。 In research up to R3, it was revealed that in thin films of molecules with small energy difference between the lowest excitation singlet level and the lowest excitation triplet level, such as 4CzIPN, a thermally activated delayed fluorescent (TADF) molecule, triplet excitons generated by photoexcitation spontaneously dissociate and generate charges (Science Advances, 8, abj9188, 2022).此外，已经揭示了激子解离和电荷重组在薄膜中重复，从而导致了长期的EL发射。在2014财年，进行了研究，重点是有机薄膜中自发的激子解离产生的费用。结果，我们发现在使用TPA-DCPP的有机薄膜中，有机薄膜中产生的电荷（电子）非常稳定一个月以上（高级材料，35，2210335，2023）。此外，我们已经成功地在实验上确认了长期持有的电荷在有机薄膜中也存在于空间上。可以得出的结论是，这种长期的电荷保留特性是由于1）抑制电荷重组过程和2）形成大偏振界面。这些事实意味着，由于有机分子的极性引起的自发取向极化，因此可以稳定地保持在有机薄膜界面上，并且不仅可以应用于光电转换元件的改善，还可以应用于图像传感器和内存设备。