助教授
科学技術振興事業団さきがけ研究21「変換と制御」
研究員(2000/10-2003/9)
池田 篤志 氏
超分子化学的手法を用いた光電変換素子の開発
より安価な太陽電池の開発を目指して、有機材料を用いる光電変換素子の開発が注目されている。本研究では、(i) 有機材料光電変換素子をより簡便に作製すること、および (ii) 光電変換における量子収率を向上させることを目指し、(i)は、疎水性相互作用や静電相互作用などの弱い相互作用を利用する交互積層法の開発により、また (ii) は、ホスト-ゲスト錯体を利用して電子ドナーである有機材料分子を孤立化することにより問題解決を図った。
有機材料からなる光電変換素子では電極上に電子ドナー−アクセプターを積層する必要がある。我々は電子アクセプターとして期待が高い[60]フラーレンを選び、ホモオキサカリックス[3]アレーンを用いてホスト-ゲスト錯体を作製した。内部の空孔に[60]フラーレンを取り込んだこのかご型分子は、水溶性でその水相側はカチオン性である。我々は、交互積層法を用いることにより、浸漬-洗浄-乾燥という非常に簡便な操作によって、アニオン性表面を有する透明ガラス電極(ITO,Indium-Tin Oxide電極)にかご型分子を吸着させることで電子アクセプターである [60]フラーレンを単分子膜状に配列し、さらにその上に電子ドナーであるアニオン性のポルフィリンを吸着させ、積層することに成功した。この積層膜に光を照射すると光電流が発生し、この量子収率は 20% であった。共有結合により連結した従来の積層方法と比較して、ほぼ同等の値が得られた。
また、電極上に積層した電子ドナーやアクセプターは各々の分子間の会合による凝集のため吸光度の減少ならびに自己失活による効率の低下が予測される。我々は、ホスト-ゲスト包接錯体を形成することにより、電子ドナーとしてのポルフィリン分子を孤立化させて凝集を防ぐという新しい概念で光電変換における量子収率の向上を実現した。
本手法により、簡便に様々な色素を用いた光電変換素子の構築を行えるようになり、しかも多元系への展開が可能となる。今後、さらに高性能な光電変換素子の開発を行うため、様々な系について検討を行う予定である。
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| 図1.拡大 |
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| ホスト−ゲスト錯体を用いたC60単分子膜 |
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| 図2.拡大 |
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| 交互積層法を用いた積層膜の調製方法 |
関連論文:
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