超分子集合体を用いた光合成型有機太陽電池の開発

利用超分子聚集体开发光合有机太阳能电池

基本信息

批准号：
05J08308
负责人：
羽曾部卓
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Japan Advanced Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

自然界の光合成を模倣した電荷分離システムを構築するため、これまでに様々なポルフィリン(ドナー)-フラーレン(アクセプター)連結化合物を合成し、その光化学挙動を明らかにされてきた。しかしながら、このような光合成反応中心モデルシステムを高効率エネルギー変換デバイスとして効果的に応用した例はほとんどない。そこで、本研究では自然界の光合成のような分子集合体に基づく全く新規な光電変換デバイスの作製を試みるため、まず、ペプチド鎖で集合化したマルチポルフィリン集合体の合成を行い、ポルフィリンとフラーレンの間の三次元的な立体構造の制御に基づいた一連の新規有機太陽電池を開発した。混合分子クラスターの作製方法としてまず、ポルフィリン及び過剰量のフラーレン(C_<60>)のトルエン溶液を用意し、それを三倍体積量のアセトニトリルと混ぜ合わせることよりに混合分子クラスターを作製した。さらにこの分子クラスターを酸化スズ透明電極上に電圧をかけることにより、混合分子クラスター修飾酸化スズ電極を作製した。これらの光電気化学特性についてはNaI 0.5M及びI_2 0.01Mのアセトニトリル溶液を電解液とした湿式二極系を用いて検討した。紫外可視吸収スペクトルの測定から、酸化スズ透明電極上での混合分子クラスターは可視光領域のみならず、近赤外領域まで幅広くかつ高い吸収特性が観測された。また、分子クラスターの形成においてポルフィリン分子集合体を用いた場合、その単量体と比較して、光電流発生のアクションスペクトルが可視光領域全体にわたり効果的に観測された。これはポルフィリンとフラーレンの間の超分子集合体形成が光エネルギー変換において重要な役割を果たすことを示すものである。エネルギー変換効率としては現在最適の系では1.6%に達している。また、フラーレンに代わる他のカーボンナノマテリアルについても同様の検討を行い、効果的な知見が得られた。

为了构建模仿自然光合作用的电荷分离系统，已经合成了各种卟啉（供体） - 富勒烯（受体）链接化合物，并且已经阐明了它们的光化学行为。但是，很少有这些以高效能量转换设备有效地应用的，以这种光合反应反应为中心的模型系统的例子。因此，在这项研究中，为了创建基于分子组件（如自然光合作用）的全新光电转换设备，我们首先合成了用肽链组装的多磷脂组件，并基于三维三维结构的控制孔和成孔蛋白之间的三维结构的控制，开发了一系列新的有机太阳能电池。首先，作为制备混合分子簇的方法，制备了卟啉的甲苯溶液和过量量的富勒烯（C_ <60>），并与三倍体体积的乙腈混合以制备混合分子簇。此外，通过在透明的氧化锡电极上将电压施加到分子簇上，制备了混合分子簇修饰的氧化锡电极。使用湿双极系统使用0.5m NAI和0.01M I_2作为电解质的乙腈溶液检查这些光电化学性能。紫外线可见吸收光谱的测量结果表明，氧化锡氧化锡透明电极上的混合分子簇在近红外区域宽且高度吸收，不仅在可见光的光区。此外，当将卟啉分子组件用于分子簇的形成时，与单体相比，在整个可见光区域中，在整个可见光区域有效观察到光电流产生的作用光谱。这表明卟啉和富勒烯之间的超分子组装形成在光能转化中起重要作用。当前的最佳能量转化效率为1.6％。此外，还以相同的方式研究了其他替代富勒烯的碳纳米材料，并获得了有效的发现。