有机光伏电池的理想结构，电荷寿命达到 1000倍

日@#本京都大学的研发小组与法国巴黎高等师范学院（ENS）的研发小组合作，利用结构中具有周期性孔隙空间的多孔性物质，成功制作出了两种不同分子有序地交替排列的结构体，这种结构体此前一直被视为有机光伏电池的终极理想结构。

这项研究成果已经在2018年4月25日发行的国际科学杂志 《自然通讯》 （Nature Communications）上发布。

＜研究成果＞

此次的研究着眼于多孔性金属络合物（MOF），MOF 由金属离子及连接离子的有机物构成，具有周期性纳米空间骨架。MOF 通过适当地选择元素，能合理设计孔隙的尺寸和形状，不仅如此，还可以在纳米空间骨架中有序地配置各种光电子功能部位。研发小组通过使拥有受体部位的MOF与具有供体性质的高分子结合，制作了供体与受体在分子水平上有序地交替排列的  “MOF／聚合物纳米混合材料”  结构体。

首先，京都大学的研发小组与ENS的 克里斯汀·赛莱教授 等人组成的研发小组合作，通过混合钛离子（IV）和亚甲基二间苯二甲酸，合成了具有氧化钛部位的MOF。

通过结构解析，发现新合成的MOF由氧化钛纳米线和有机部位构成，具备整齐的一维纳米空间。

ENS的研发小组与京都大学的关修平教授等人的研发小组合作，对MOF的光电导特性进行测量发现，虽然氧化钛纳米线的直径非常细，还不到1nm，但与氧化钛一样具有良好的光电导性。

研发小组在MOF的一维纳米空间内合成了具有供体性质的高分子聚噻吩，成功制作出了供体和受体在分子水平上有序地交替排列的结构体 “MOF／聚合物纳米混合材料” （图2）。通过进行各种光谱测量和计算确认，照射光后，会从聚噻吩向 MOF 发生电子移动，发现了电荷分离状态。

由于作为电流载体的正负电荷通常容易相互发生反应并立即消失，这种不稳定性一直是阻碍有机光伏电池性能提高的一大障碍。研发小组调查发现，在此次研究中合成的结构体的电荷寿命超过1毫秒，比此前报告的寿命高出1000倍左右。可以说，研发小组此次利用 MOF／聚合物纳米混合材料成功实现了长寿命电荷的分离状态，大幅提高了电荷的稳定性。

＜参考图＞

图1：有机光伏电池的示意图

图2：供体受体交替排列结构体的示意图