フラーレンカチオンを利用した炭素五員環フラーレン誘導体の開発と太陽電池の応用

利用富勒烯阳离子开发碳五元富勒烯衍生物及其在太阳能电池中的应用

• 批准号: 20J13124
• 负责人: LIN HAOSHENG
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J13124/
• 关键词: フラーレン誘導体; ペロブスカイト太陽電池; フラーレンカチオン化学

今年度DC２の期間の中、五員環フラーレン誘導体の合理的合成法を確立し、様々な五員環フラーレン誘導体の合成を行った。それと同時にペロブスカイト太陽電池への応用も行った。五員環フラーレン誘導体の反応基質（電気陰性度、立体障害、アミノ基の導入）などを検討することによって、分子内環化反応のメカニズムを更に深く系統的に研究した。前で合成法を確立した五員環フラーレン誘導体を用い、それをペロブスカイト太陽電池の電子輸送層に用いたデバイスを作製した。研究者自身が合成からデバイス作製を行うことができるため、デバイス検討の結果から即座に必要とされる誘導体の適合を抽出することができた。例えば、溶解性向上のために非極性構造ユニットを増やす、相互作用する官能基を導入するなど容易に行うことができた。また、違う大きさの環状フラーレン誘導体のエネルギー変換効率を比較し、そのメカニズムを研究した。得られたフラーレン誘導体を用い条件の最適化を行い、安定で高効率なペロブスカイト太陽電池を作った。最後、この研究はChem. Mater.に掲載され、カバーアートに選ばれました。DC段階の研究のおかげで、PD研究段階では、研究者はフラーレンの五員環状誘導体のメトキシ基の安定性を研究し、このタイプのメトキシ基がCuBr2の作用下で直接酸化できることを発見しました対応するフラーレン誘導体を生成した。研究者は反応速度論を理解して、反応中間体を確認した。理論計算による反応熱力学研究も行い反応中間体や遷移状態のエネルギー指標を確定した。そして、反応機構の研究ができたら電気陰性度と立体的に異なる官能基をベンゼン環に導入して異なる種類のフラーレン全炭素五員環ケトン類誘導体の合成を実現した。合成した化合物の蒸着膜を、ペロブスカイト太陽電池のフラーレン電子輸送層に利用した。それから、その太陽電池の性能を評価した。

A reasonable synthesis method for the intermediate and five-membered ring inducers in DC2 was established and the synthesis of the five-membered ring inducers was carried out. A solar cell is a solar cell. The reaction matrix of five-membered ring inducer (electronegativity, steric barrier, introduction of amino group) was studied in detail. The previous synthesis method was used to establish the electron transport layer of the five-membered ring. Researchers themselves can synthesize and produce data, and the results of data analysis can be extracted as necessary and suitable inducers. For example, the solubility of non-polar structure is increased, and the functional group is easily introduced. A comparison of the conversion rates of cyclic induction molecules and cyclic induction molecules was conducted. To optimize the conditions for the use of induction materials, stable and high efficiency solar cells Finally, Mater. is the only one who can afford it. The stability of the five-membered ring inducer was studied in the DC stage and PD stage. The direct acidification of the ring inducer under the action of CuBr2 was discovered. Researchers have been working on understanding the reaction rate theory and identifying the reaction intermediate. Theoretical calculations, thermodynamic studies, and determination of the transition state of the intermediate Study on the mechanism of carbon and carbon reaction; synthesis of carbon five-membered ring inducers; The use of vapor deposition layers for solar cells The performance of solar cells is evaluated.

项目成果

One-Step Direct Oxidation of Alkoxy to Ketone for Evaporable Fullerene-Fused Ketone as Efficient Electron-Transport Materials

• DOI: 10.21203/rs.3.rs-131562/v1
• 发表时间: 2021-01
• 作者: Hao-Sheng Lin;Yue Ma;R. Xiang;Sergei Manzhos;Il Jeon;S. Maruyama;Y. Matsuo

MoS2-carbon nanotube heterostructure as efficient hole transporters and conductors in perovskite solar cells

• DOI: 10.35848/1882-0786/ab9efa
• 发表时间: 2020-07
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Y. Qian;Seungju Seo;Il Jeon;Hao-Sheng Lin;Shuhei Okawa;Yongjia Zheng;A. Shawky;A. Anisimov;E. Kauppinen;J. Kong;R. Xiang;Y. Matsuo;S. Maruyama

Polyaromatic anthracene nano-tweezer on semiconducting carbon nanotubes for growth and bridging of perovskite crystal grains in solar cells

半导体碳纳米管上的聚芳香蒽纳米镊子用于太阳能电池中钙钛矿晶粒的生长和桥接

• 发表时间: 2020
• 作者: Yuri Sakamoto;Takashi Ikuta;and Kenzo Maehashi;Hao-Sheng Lin
• 通讯作者: Hao-Sheng Lin

Polyaromatic Nanotweezers on Semiconducting Carbon Nanotubes for the Growth and Interfacing of Lead Halide Perovskite Crystal Grains in Solar Cells

• DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c01011
• 发表时间: 2020-06-23
• 期刊: CHEMISTRY OF MATERIALS
• 影响因子: 8.6
• 作者: Lin, Hao-Sheng;Okawa, Shunhei;Maruyama, Shigeo
• 通讯作者: Maruyama, Shigeo

中国科学技術大学(中国)

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