有機太陽電池への展開を目指した電子受容性分子と分子集合体の構築

用于有机太阳能电池的电子接受分子和分子组装体的构建

基本信息

批准号：
13F03334
负责人：
中村栄一
金额：
$ 1.47万
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：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13F03334/
关键词：
フェニレンビニレン π電子共役光物性有機太陽電池

项目摘要

三次元的に広がった分子構造を持つCOPV誘導体を設計し，その合成法の開拓と太陽電池への応用を行った．当初，研究題目に示した電子受容性COPV誘導体の合成と応用を目指したが，めざましい成果が得られなかったために，電子供与性アミノ置換誘導体の合成へと方針を変更した．得られたアミノ置換COPV誘導体を用いて，中性分子の紫外可視吸収スペクトルおよび電気化学測定を行うとともに，酸化によって形成したラジカルカチオン状態のESR測定を行い，太陽電池に資する材料としての特性を評価した．その結果，荷電状態（カチオン・アニオン）形成の際の再配列エネルギーが小さく，架橋炭素を介するホモ共役の効果によって分子全体にスピンが非局在化したラジカルカチオン状態を形成することを見出した．また理論計算により，ラジカルカチオン状態での電荷の非局在化によって側鎖とCOPV間の距離が近くなることを見出した．このよう効果によって，得られたCOPV誘導体は固体中で分子集合状態を形成し，三次元的に非局在化した電荷が隣接する分子との軌道間相互作用を介してホッピングすることで，優れた電荷輸送特性を発現するものと考えられる．実際，アミノ置換スピロCOPV誘導体はｐ型の正孔輸送材料として機能し，ペロブスカイト型太陽電池の高効率化に寄与し，20 mA/cm2に迫る短絡電流，0.9 V以上の開放電圧，0.66-0.73という高い曲線因子を示し，光電変換効率がそれぞれ12.3%，12.0%という高い値を達成した．なお，本成果に関する論文を現在執筆中であり，特許も出願予定である．

我们设计了COPV衍生物，具有三维扩大的分子结构，并开发了一种合成方法，并将其应用于太阳能电池。最初，我们旨在综合和应用电子研究主题中提到的电子COPV衍生物，但是由于缺乏出色的结果，我们将政策更改为综合电子氨基氨基取代的衍生物。使用获得的氨基取代的COPV衍生物，紫外线可见的吸收光谱和中性分子的电化学测量进行，并进行了通过氧化形成的自由基阳离子态的ESR测量，以评估其特性，作为对溶质细胞有助于溶剂的材料。结果，我们发现在带电状态（阳离子阴离子）形成过程中的重排能量很小，并且通过交联碳形成同质缀合的作用形成了一种自由基阳离子状态，在整个分子中旋转被旋转被旋转。此外，理论计算还发现，在自由基阳离子状态下电荷的定位使侧链和COPV之间的距离更加紧密。人们认为这种效果通过在固态中形成分子组装状态，并通过与相邻分子的轨道相互作用跳过三维脱位的电荷来产生出色的电荷转运性能。实际上，氨基取代的螺旋处衍生物充当p型孔传输材料，有助于钙钛矿太阳能电池的高效率，表现出接近20 mA/cm2的短路电流，开路电压为0.9 V或更多，高速率为0.66-0.73，高度为0.66-0.73，可效率为12.6-0.73，可达到12.0％的效率。他目前正在撰写有关这一发现的论文，并计划提交专利申请。