炭素分子材料とポルフィリンのナノ構造制御に基づいた有機太陽電池の開発

基于碳分子材料和卟啉纳米结构控制的有机太阳能电池的开发

基本信息

批准号：
18810014
负责人：
羽會部卓
金额：
$ 0.84万
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 Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

フラーレン・カーボンナノチューブ等のナノカーボンマテリアルは優れた電子伝導性を有するため有機分子との組織だった複合化を行うことにより新たな機能性の発現が期待できる。特に、色素分子との組み合わせでは太陽電池等の光応答デバイスへの展開が可能となる。C_<60>などのフラーレンはポルフィリンと超分子形成を行うことが多数の報告から分かっている。一方で、カーボンナノチューブの場合、有機分子との超分子集合体の構築はこれまでカーボンナノチューブの低い溶解性のため分子の配向性制御が困難であり、報告例がない。しかしながら、カーボンナノチューブは特徴的な曲線かつシリンダー構造を有しているため、二次元のπ共役平面を有するポルフィリンと疎水的また、非共有結合的な相互作用による錯形成が期待できる。そこで本研究では単層カーボンナノチューブ(SWCNT)とポルフィリンを用いた超分子集合体の構築のため、ポルフィリンのプロトン化を効果的に利用することによりSWCNTとの超分子ナノロッドの構築に初めて成功し、さらにその光誘起電子移動特性及び光電気化学について詳細に検討した。ポルフィリン-SWCNT複合膜の光電流発生のアクションスペクトル測定では、光電流発生の外部量子効率(IPCE値)は約13%に達し、ポルフィリン及びSWCNTのみの薄膜と比較して、IPCE値が大きく向上したことからポルフィリン-SWCNTにおける光誘起電子移動が効果的に光電変換に寄与していることが分かった。また、フェムト秒の過渡吸収スペクトル測定でも光誘起電子移動形成を示すポルフィリンのラジカル種形成が示唆された。

富勒烯和碳纳米管等纳米碳材料具有优异的电子导电性，因此有望通过与有机分子形成络合物来开发新的功能。特别是，与染料分子结合，可以开发光响应器件，例如太阳能电池。许多报道表明，富勒烯如C_ 60 与卟啉形成超分子。另一方面，就碳纳米管而言，由于碳纳米管的溶解度较低，与有机分子构建超分子组装体一直难以控制，目前尚未见报道。然而，由于碳纳米管具有特征曲线和圆柱形结构，因此可以期望它们通过疏水和非共价相互作用与具有二维π共轭平面的卟啉形成复合物。因此，在本研究中，为了利用单壁碳纳米管（SWCNT）和卟啉构建超分子组装体，我们首次成功地利用卟啉的质子化及其光生电子来构建超分子纳米棒。详细研究了转移性能和光电化学。在卟啉-SWCNT复合薄膜的光电流产生的作用光谱测量中，光电流产生的外量子效率（IPCE值）达到约13%，与仅卟啉和SWCNT的薄膜相比，IPCE值显着提高。这表明卟啉-SWCNT 中的光诱导电子转移有效地促进了光电转换。此外，飞秒瞬态吸收光谱还表明卟啉自由基物种的形成，这表明光诱导电子转移的形成。