近赤外光の高効率電力変換に求められる分子構造要件の解明

阐明近红外光高效功率转换的分子结构要求

基本信息

批准号：
21K05213
负责人：
鈴木充朗
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，近赤外領域で効率的な光電変換が可能な有機薄膜太陽電池（OPV）の実現に向け，新たな有機半導体分子を開発することである。近赤外光は太陽光スペクトル中で比較的大きなエネルギーを占めるため，その活用は光電変換効率（PCE）の向上に大きく寄与し得る．また，近赤外光特化型の太陽電池は，可視光透過性や熱遮断性などの付加機能を取り入れたユニークな応用が期待される．しかしながら，現状ではOPVによる近赤外光電変換は低効率であり，既存材料の単純な構造改変では大幅な性能向上は難しい．このような背景のもと本研究では，近赤外光電変換の高効率化を目指し，キャリア再結合による性能低下を最小化するための分子設計指針の確立を目標とする．研究期間の2年次目にあたる2022年度は，前年度に合成・評価した比較的単純な化合物からπ共役系を拡張し，1000nmを超える長波長吸収を持つ化合物の開発に取り組んだ．具体的には，indaceno[1,2-b:5,6-b']dithiophene（ID），に(5,6-dichloro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-inden-1-ylidene)malononitrile（IC），およびdi(2-thienyl)diketopyrrolopyrrole（DPP）という三つのユニットから成るアクセプター分子の合成を進めた．合成条件の最適化を経て，物性評価が可能な量の目的化合物を取得することに成功するとともに，目的物の軌道エネルギー準位がアクセプター分子として十分に機能し得る程度に低いことを実験的に確認した．また，得られた化合物の薄膜状態における吸収端波長は約1100 nmであり，目標とした1000nmを超える値を達成した．

这项研究的目的是开发新的有机半导体分子，以实现有机薄膜太阳能电池（OPV），这些薄膜太阳能电池（OPV）可以在近红外区域有效地进行光电转化。近红外光在太阳光谱中占据了相对较大的能量，其利用可极大地有助于提高光电转换效率（PCE）。此外，预计近红外光特异性太阳能电池将被唯一地应用，并结合了其他功能，例如可见光的光线传输和隔热屏蔽。但是，目前，使用OPV的近红外光电转换是低效率的，并且很难通过对现有材料的简单结构修改显着提高性能。在这种背景下，这项研究旨在提高近红外光电转换的效率，并旨在建立分子设计指南，以最大程度地减少由于载体重组而导致的性能降解。在研究期的第二年，我们从上一年合成和评估的相对简单的化合物中扩展了π共轭系统，并致力于开发具有超过1000 nm的长波长吸收的化合物。具体而言，我们继续合成一个由三个单位的受体分子[1,2-B：5,6-B']二硫氰酸（ID），（5,6-二氯-3-氧-3-oxo-2,3-氧气-2-二氢-1H-1H-二氢-1H-- inden-1-inden-1- inden-1-基因）malonInrile（IC）（IC），和Di（2-diikeryyl）dikiryyl（2- diketrr）（diketrr）（在优化合成条件后，我们成功获得了可以评估物理特性的靶化合物，并通过实验证实，靶产物的轨道能级足够低，可以作为受体分子起作用。此外，在薄膜状态下获得的化合物的吸收边缘波长约为1100 nm，达到了超过目标1000 nm的值。