Offset-less charge generation due to symmetry breaking in pi-conjugated molecular systems

由于π共轭分子系统中的对称性破缺而产生无偏移电荷

基本信息

批准号：
21H04692
负责人：
大北英生
金额：
$ 28.04万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

令和4年度は、以下の研究項目ついて検討し、後述するような成果を挙げた。【エントロピー効果】非晶性共役高分子のPCDTBTあるいはRRa-P3HTとフラーレン誘導体PCBMを用いたブレンド膜における界面電荷移動（CT）状態を起点とした励起子を経由しない電荷生成ダイナミクスの温度依存性を検討した。その結果、いずれも温度依存性を示さず、PCDTBTよりもエネルギー不均一性の高い非晶性共役高分子RRa-P3HTを用いた場合、解離効率は30%以下と低くエネルギー不均一性に依存することが分かった。熱平衡モデルでは不均一性が高いほど高い解離効率を与えると予測するので、この結果を解釈するには非熱平衡状態での電荷生成機構を考慮する必要があると考えられる。【エンタルピー効果】ヘテロ接合界面においてエネルギーカスケード構造を有する二元ブレンド系として、側鎖構造の異なるPTzBT-BOHDならびにPTzBT-12ODとフラーレン誘導体PCBMを用いたブレンド膜における電荷生成ダイナミクスを検討した。その結果、いずれの系も高い解離効率の高効率電荷生成が観測されたが、カスケード構造の違いに起因して電荷解離効率にわずかながら違いが見られた。【自発的対称性の破れ】バンドギャップエネルギーの異なる縮環系の共役が発達した分子群を用いて、溶液状態における発光寿命測定ならびに発光量子収率測定を行い、輻射ならびに無輻射遷移速度を系統的に検討した。その結果、輻射遷移速度はバンドギャップエネルギーによらずほぼ一定の値を示し、無輻射遷移速度は再配向エネルギーの違いにより分類するとそれぞれの群ごとにエネルギーギャップ則が成立することを明らかにした。興味深いことに、再配向エネルギーの小さな群は大きな群よりも無輻射遷移速度が抑制されており一重項励起子が長寿命であることを見出した。

在2022财年，考虑了以下研究项目，并如下所述实现了结果。 [熵效应]研究了使用无定形共轭聚合物和富勒烯衍生物PCBM的PCDTBT或RRA-P3HT在混合膜中从界面电荷转移（CT）状态开始的无激电量的电荷产生动力学的温度依赖性。结果，发现当使用无定形的共轭聚合物RRA-P3HT时，该聚合物RRA-P3HT没有温度依赖性，并且比PCDTBT具有更高的能量不均匀性时，分离效率在30％或更低时低，并且取决于能量不均匀性。由于热平衡模型预测，较高的不均匀性将导致更高的解离效率，因此人们认为必须认为非热平衡状态的电荷产生机制被视为解释这一结果。 [焓效应]作为二进制混合系统，在异质结界面具有能量级联结构，我们使用具有不同侧链结构的PTZBT-BOHD以及PTZBT-12OD，以及PTZBT-12OD和FULLERENE衍生的PCBM研究了混合膜中的电荷产生动力学。结果，两种系统的高效率电荷产生具有高解离效率，但是由于级联结构的差异，观察到电荷解离效率的差异略有差异。 [对称性的自发断裂]使用一组分子，其中开发了具有不同带隙能的共轭环系统，在溶液状态下测量发光寿命和发光量子产率，并系统地检查了辐射和非辐射过渡速率。结果，据揭示了辐射过渡速率无论带隙能量如何，都表现出几乎恒定的值，并且当根据重新定向能的差异对辐射过渡速率进行分类时，每个组的能隙规则均可表现出几乎恒定的值。有趣的是，我们发现，小组的重定向能比较大的组具有更抑制的辐射过渡速率，并且单线激子具有更长的寿命。