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２００％の外部量子効率を示す有機太陽電池の作製に向けた一重項分裂性材料群の創出

创建用于生产有机太阳能电池的单线态裂变材料，外量子效率为 200%

基本信息

批准号：
15J00861
负责人：
河田総
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

一重項分裂(SF)とは、一つの一重項から二つの三重項を生成する過程であり、有機薄膜太陽電池(OPV)の効率向上に向けて注目されている。しかし、SFの発現には一重項エネルギーの半分以下の三重項エネルギー(E(S1)>2E(T1))を持つ必要があり、一般的な有機材料においてこの条件を満たすことは困難であるため、これまでOPV素子に応用可能なSF材料はアセン類に限られていた。本年度は、フルオレン環同士を二重結合で連結した9,9´-ビフルオレニリデン(BFN)骨格に着目し研究を進めた。BFN骨格の立体障害に着目し、二面角の増加に伴う励起エネルギーの連続的な低下を量子化学計算より明らかにした。化学修飾による二面角の操作が可能であれば、エネルギー準位の任意な制御が期待される。特に、40度以上の二面角にてSFのエネルギー条件を満たすことが示唆された。OPVへの応用に向けて、低分子型と高分子型のBFN誘導体を合成した。量子化学計算によって低分子型誘導体のエネルギー準位を求め、SF特性を有することが示唆された。合成した材料をドナーとして使用し、アクセプターとしてフラーレン誘導体を用いて素子を作製した。低分子型誘導体を用いた素子は、代表的SF材料であるペンタセンを用いた素子を凌ぐ1.3%の光電変換効率(PCE)を達成した。一方、高分子型BFN誘導体を用いた素子においては、PCE4.9%と汎用的OPV材料よりも十分に高い値が得られ、BFN骨格の有用性が示された。電荷生成にSFが関与している場合、外部からの印加磁場に依存して光電流が低下することが知られている。低分子型BFN誘導体を用いた素子で光電流の磁場依存性測定を行い、印加磁場の増加に伴う光電流の減少が示された。三重項励起子からの電荷分離が光電流の増加に寄与が示され、素子内部でのSFの発現が証明された。非アセン類のSF性材料の拡充を達成した。

A heavy item division (SF) とは, a つの a heavy item から two つの triple item を generated する process であり, organic thin film solar cells (OPV) の sharper rate upward に to けて attention されている. しかし, SF の発 now には a heavy item エネルギーの half the following item の triple エネルギー (E (S1) > 2 E (T1)) を hold つ necessary があり organic materials, general なにおいてこをの conditions against たすことは difficult であるため, これまで OPV element child に応 may な SF materials はアセン class に limit られていた. This year は, フルオレン ring with "を double で link した 9, 9 ´ - ビフルオレニリデン (BFN) bone に mesh をし research into めた. BFN bone の stereo handicap of に mesh し, dihedral の raised plus に with う wound up エネルギーの low even 続なを quantum chemical calculation より Ming らかにした. The chemical modification of the による dihedral Angle <s:1> operation が can control the が expectation される at any な of the であれば, エネギギ <s:1> quasicrystal <e:1>. Special に, <s:1> dihedral Angle above 40 degrees にてSF エネエネギギに conditions を satisfied たすとがとが indicated された. OPVへ応応 is synthesized from に to けて, low-molecular-weight と, high-molecular-weight <s:1> BFN inducer を. Quantum chemistry calculation によって low molecular type inductor のエネルギー must have a をめ, SF, characteristic をすることが in stopping された. Synthetic した material をドナーとして use し, アクセプターとしてフラーレン inductor を with いて element system しを son た. Low molecular type inductor を with いた element は, on behalf of SF, material であるペンタセンを with いた element child を ling ぐ 1.3% の photoelectric - in sharper rate (PCE) を reached した. Party, polymer type BFN inductor を with いた element child においては, PCE4.9% と domestic OPV materials よりも on very high にい numerical が must られ, BFN bone の usefulness が shown された. Charge generated に SF が masato and している occasions, external からのに Inca magnetic field dependent して photocurrent が low することが know られている. The low-molecular-weight BFN inducer was を determined by the magnetic field dependence of the <s:1> た particle で photocurrent <e:1> を. The を and the increase of the Inca magnetic field <e:1> に accompanied by the decrease of the う photocurrent <e:1> が indicated された. The triplet excitation starter らら charge separation が photocurrent <e:1> increase に sent to the が indicator され, the internal で <s:1> SF <e:1> occurrence が proof された. Non-アセ <e:1> type <s:1> SF material アセ拡 is filled with を to achieve たた.