高分子薄膜太陽電池におけるフラーレン誘導体の両極輸送機構の解明

阐明聚合物薄膜太阳能电池中富勒烯衍生物的双极输运机制

基本信息

批准号：
09J03604
负责人：
山本俊介
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

共役高分子であるpoly(ρ-phenylenevinylene)誘導体(MDMO-PPV)とフラーレン誘導体(PCBM)を用いたブレンド膜のマイクロ秒領域における過渡吸収測定を行った。その結果、フラーレン濃度が高い系では、電荷種として従来考えられてきた共役高分子正孔ポーラロン、フラーレンアニオンに加えて、さらにフラーレンカチオンも生成していることを見出した。すなわち、これまで電子輸送のみを担うと考えられてきたフラーレンが電子のみならず正孔をも輸送していることを分光的に初めて明らかにした。これは有機薄膜太陽電池におけるフラーレンの両極輸送性を実証した初めての例である。さらに上述のフラーレンカチオンの生成機構を解明するため、イオン化ポテンシャルの異なる種々の共役高分子を用いて、ナノ秒からミリ秒にわたる広時間帯域の過渡吸収分光法により電荷種の生成過程と分率の測定を行った。その結果、フラーレンカチオンは共役高分子からフラーレンへの正孔注入によって生成していることを明らかにした。また、フラーレンカチオンの平衡分率は用いる共役高分子のイオン化ポテンシャルの大きさによって決定されることから、正孔注入はフラーレンHOMO準位の広いバンド幅と大きな縮退度によって起きていることを明らかにした。この研究では、高分子薄膜太陽電池の光電変換機能において重要な役割を果たしている共役高分子/フラーレン接合界面での電荷の輸送機構を、過渡吸収分光法を駆使して解明してきた。このことは有機薄膜太陽電池では界面の物性が重要な役割を担っていることを示しており、有機トランジスタなどバルク物性が重要な役割を果たす他の有機電子デバイスとは異なる有機薄膜太陽電池のならではの特徴を示すことができた。この研究は高分子薄膜太陽電池の動作素過程に新たな物理的描像を与え、理解を深めるという学術上の成果のみならず、高分子薄膜太陽電池の設計指針を提示するという応用上寄与するところも少なくない。

我们使用共轭聚合物、聚（ρ-亚苯基亚乙烯基）衍生物（MDMO-PPV）和富勒烯衍生物（PCBM）在共混薄膜的微秒范围内进行瞬态吸收测量。结果，他们发现在富勒烯浓度较高的体系中，除了传统上被认为是电荷种类的共轭聚合物空穴极化子和富勒烯阴离子之外，还产生了富勒烯阳离子。换句话说，光谱学首次揭示了原本被认为只能传输电子的富勒烯不仅可以传输电子，还可以传输空穴。这是有机薄膜太阳能电池中富勒烯双极传输特性的首次演示。此外，为了阐明上述富勒烯阳离子的形成机制，我们使用具有不同电离势的各种共轭聚合物，利用瞬态吸收光谱在纳秒到毫秒的宽时间范围内研究带电物种的生成过程和分数。采取。结果表明，富勒烯阳离子是通过从共轭聚合物到富勒烯的空穴注入而产生的。此外，由于富勒烯阳离子的平衡分数由所使用的共轭聚合物的电离势的大小决定，因此表明由于富勒烯HOMO能级的宽带宽和大程度简并而发生空穴注入。在本研究中，我们利用瞬态吸收光谱阐明了共轭聚合物/富勒烯结界面处的电荷传输机制，该机制在聚合物薄膜太阳能电池的光电转换功能中发挥着重要作用。这表明界面的物理性质在有机薄膜太阳能电池中起着重要作用，并且是有机薄膜太阳能电池所独有的，这与有机晶体管等其他有机电子器件中体物理性质发挥作用不同。我能够展示出一个重要的角色。该研究为聚合物薄膜太阳能电池的运行基本过程提供了新的物理图景，不仅有助于加深我们的理解，而且为聚合物薄膜太阳能电池的实际应用提供设计指南。也不少。