ペロブスカイト型太陽電池のための新規アダマンタン系正孔輸送材料：計算科学的アプローチ

Novel adamantane-based hole transport materials for perovskite solar cells: a computational approach.

• Maebienne Anjelica B Gapol
• Dong Hee Kim

抄録

アダマンタン誘導体は、ペロブスカイト型太陽電池(PSC)における潜在的正孔輸送材料(HTM)としての機能を決定するために、量子力学的計算を行った。アダマンタンは、多腕置換と最外周置換の2つの方法で修飾されてきた。その結果、アダマンタンのテトラ置換がHTMとして最も優れた特性を示すことがわかった。さらに、テトラエチル置換アダマンタン(ad-EtTPA)は、最も低いHOMO,小正孔再編成エネルギー(λh),紫外領域での吸収,安定性が良好であることを示した。これらの適切な特性は、ad-EtTPAがPSCのHTMとして有望であることを意味している。さらに、λhとカチオン構造の静電ポテンシャルマップとの関係を調べた。その結果、以下の3つの結果が得られた。(1)ESPマップの高い正の電位は、中性状態からカチオン状態に移行する際に、より多くの幾何学的歪みが発生している領域であること、(2)この領域での大きな幾何学的歪みは高いλhにつながること、(3)四置換アダマンタン誘導体では、正の電位の非局在化はより低いλhにつながることである。これらの結果は、ESPマップがHTMの分子工学を理解する上で有効であることを示している。

Adamantane derivatives have been subjected to quantum mechanical calculations to determine their capabilities as potential hole transport materials (HTMs) in perovskite solar cells (PSCs). Adamantane has been modified in two ways: multiple arm substitution and outermost substituent variation. It has been shown that tetra-substitution of adamantane gave the best characteristics as a HTM. Further modification showed tetra-ethyl substituted adamantane (ad-EtTPA) has the lowest HOMO, a small hole reorganization energy (λh), absorption in the UV region, and good stability. These appropriate properties mean that ad-EtTPA could be a promising HTM in PSCs. In addition, the relationship between λh and the electrostatic potential (ESP) maps of the cationic geometry has been studied. Three outcomes were drawn from the investigation: (1) the high positive potential in the ESP map is the region where more geometric distortions are occurring in going from the neutral to the cationic state, (2) large geometric distortions in this region lead to high λh, and (3) for tetra-substituted adamantane derivatives, delocalization of the positive potential leads to lower λh. The results showed that ESP maps can give insight into the molecular engineering of HTMs.