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。

2020年度，我们考虑了以下研究项目并取得了以下成果。 [熵效应] 我认为，在使用非晶共轭聚合物 PCDTBT 或 RRa-P3HT 和富勒烯衍生物 PCBM 的共混膜中，电荷产生动力学不通过界面电荷转移 (CT) 状态的激子而依赖于温度。结果，当使用不表现出温度依赖性且具有比PCDTBT更高的能量异质性的非晶态共轭聚合物RRa-P3HT时，解离效率低至30%或更低，并且取决于能量异质性。由于热平衡模型预测异质性越高，解离效率越高，因此需要考虑非热平衡状态下的电荷产生机制来解释这一结果。 [焓效应] 作为异质结界面处具有能量级联结构的二元共混体系，我们研究了具有不同侧链结构的PTzBT-BOHD和PTzBT-12OD以及富勒烯衍生物PCBM的共混膜中的电荷产生动力学。结果，在两个系统中都观察到具有高解离效率的高效电荷产生，但由于级联结构的差异，观察到电荷解离效率略有差异。 [自发对称性破缺] 利用一组具有不同带隙能量的稠环体系的发达共轭，我们测量了溶液状态下的发光寿命和发光量子产率，并系统地测量了辐射和非辐射跃迁率。。结果，我们发现无论带隙能量如何，辐射跃迁速度几乎恒定，并且当根据重定向能量的差异对非辐射跃迁速度进行分类时，能隙定律对每个组都成立。有趣的是，我们发现具有较小取向能的基团比具有较大取向能的基团具有受抑制的非辐射跃迁速率并且具有更长的单线态激子寿命。