高効率有機系太陽電池の実現に向けた新規近赤外吸収色素の合成

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色素増感太陽電池(DSSC)は、セルのエネルギー変換効率が12%を超えるものも報告されており、実用化に向けた研究が進められているが、この実用化のためには更なる高効率化が不可欠な課題である。本研究では高い光電変換効率が期待できる増感色素として、電子供与性部位と電子受容性部位を分子内に持つpush-pull型構造に着目し、これらを用いたDSSCの長波長感度の向上を目的とした。本年度は、キノイド構造チオフェンをπ共役鎖として有するpush-pull型有機色素の電子供与性部位のアルキル鎖長依存性の検討と、新規電子受容性部位の開発に取り組んだ。このpush-pull型有機色素はTwisted intramolecular charge transfer(TICT)励起状態という特殊な励起状態を持ち、この分子の電子供与性部位のジアルキルアミノ基のアルキル鎖長が長くなると分子内回転が抑制され、TICT励起状態の寿命が長くなることが分かった。この現象を反映し、アルキル鎖が長い色素を用いたDSSCの光電変換特性が向上し、共吸着剤と電解液組成の最適化により、最高で6.4%の光電変換効率が得られた。このような動的過程の制御によるDSSCの光電変換特性向上は、従来の研究には見られなかった手法である。また、push-pull型有機色素の電子受容性部位であるロダニンが酸化チタン上へ直接吸着することを見出した。これにより、カルボキシル基を含まない電子受容性部位もDSSCへ応用可能であることが分かった。シアノ酢酸よりも電子受容性の強いロダニンを用いた色素は長波長側に吸収帯を有しており、DSSCの長波長感度の向上に有用である。以上、本研究では、DSSCの長波長感度向上に向けてキノイド構造を有するpush-pull型有機色素を提示し、その有効性を実証することでDSSCの光エネルギー変換効率向上に向けた新手法を示した。