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分子動力学計算に基づくペロブスカイト太陽電池における有機カチオンの機能の解明

基于分子动力学计算阐明钙钛矿太阳能电池中有机阳离子的功能

基本信息

批准号：
18J21325
负责人：
浦谷浩輝
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

光励起状態にある物質のダイナミクスは、太陽電池等の応用的観点から重要であるとともに、基礎科学的にも興味深いテーマを多数含んでいる。本研究では、ペロブスカイト太陽電池材料として知られる鉛ハライドペロブスカイトにおける光励起状態ダイナミクスを理解することを念頭に、効率的な非断熱分子動力学計算手法の開発とその応用を行ってきた。本年度は、開発してきた手法をもとに、より広範な系・現象を扱えるよう拡張した。前年度までに、効率的な量子化学計算手法である時間依存（TD）密度汎関数強束縛（DFTB）法と、系を小さく分割して解くことで大規模系を扱う分割統治（DC）法を基本に、非断熱分子動力学手法の一種であるsurface hopping法を実装した。しかし、TD-DFTB法の制約により、励起状態から基底状態への無輻射失活過程については扱うことができなかった。本年度は、基底状態と励起状態の間のポテンシャル交差を簡便にかつ良好な精度で記述するspin flip理論を上記手法に導入することにより、無輻射失活過程を記述可能な大規模非断熱分子動力学シミュレーション手法を開発した。また、開発した手法をアゾベンゼンの光異性化反応に応用し、異性化量子収率や反応の時間スケールについて、より高コストな量子化学計算と同程度の精度を与えることを確認した。溶液系に対する検証も行い、溶媒依存性についても定性的に妥当な結果を得た。さらに、テトラフェニルエチレン（TPE）とその一部をOで架橋した誘導体（2OTPE）に対する応用も行った。実験的に、TPEは溶液中で速やかに無輻射失活するためほとんど蛍光を示さないが、2OTPEは強い蛍光を示すことが知られる。本シミュレーションにより、TPEの無輻射失活メカニズムを解明するとともに、2OTPEでこれが抑制される理由を明らかにした。

Light excitation state of matter, solar cells and other useful points, basic science, deep interest, most of them include In this study, we investigated the development and application of efficient non-thermal molecular dynamics calculation methods for solar cell materials. This year, the development of new technology, new technology The previous year, the quantum chemical calculation method of the efficiency was time dependent (TD) density dependent number strong binding (DFTB) method, the system was small and the system was large. The partition management (DC) method was a basic, non-thermal molecular dynamics method. TD-DFTB method is used to control the excitation state, substrate state and non-radiative deactivation process. This year, the description of spin flip theory is simple and accurate, and the description of non-radiative inactivation process is possible. Large-scale non-thermal molecular dynamics is developed. The quantum chemistry calculation of the same degree of accuracy is confirmed by the quantum chemistry calculation of the same degree of accuracy. The solution system is characterized by solvent dependence and qualitative results. A part of TPE is a bridge inducer (OTPE). 2OTPE is a non-radiative inactivation process in TPE solution. The reason for the non-radiative inactivation of TPE is clear.