| Project/Area Number |
22K05148
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
大久保 貴志 近畿大学, 理工学部, 教授 (90322677)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 配位高分子 / 電気伝導性 / 発光特性 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では薄膜太陽電池への応用を目指し、電気伝導性と発光性を兼ね備えた峡バンドギャップ配位高分子を開発する。すなわち、半導体材料を薄膜太陽電池の活性層として活用し、高効率化を実現するためには、そのキャリア移動度とバンドギャップ制御に加えて、光励起によって生じた励起子が熱失活せずにドナー・アクセプター界面まで到達できる発光性材料を用いる必要がある。このような観点から合成された配位高分子はこれまでになく、本研究では高いキャリア移動度を示しなおかつ発光する峡バンドギャップ配位高分子を合成し、薄膜太陽電池へと応用することで、配位高分子における新たな研究領域の開拓を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
配位高分子は金属イオンが有機架橋配位子からなる無機・有機複合材料であり、本研究では有機EL素子や有機電界効果トランジスタ（OFET）、有機薄膜太陽電池などの電子デバイスへの応用を目的として、これまで様々な導電性配位高分子を合成してきた。これまでは主にヨウ化銅(I)とキノリン誘導体を始めとする様々な窒素含有π共役配位子と反応させることで導電性と発光特性が共存する配位高分子を合成してきた。今年度は特に、配位高分子の薄膜化と有機EL素子への応用、さらにその素子の最適化を行った。具体的には透明電極ITOの基板上に導電性ポリマーPEDOT:PSSをスピンコートで成膜し、さらにホール輸送材料TFBをスピンコートで成膜し、ヨウ化銅(I)とフェナントリジンを順次真空蒸着し、その基板を溶媒蒸気に曝して溶媒アニールをすることで、配位高分子薄膜を作製した。さらに電子輸送層TmPyPB、電子注入層Liq、電極のAlを順次真空蒸着することで有機EL素子を作製した。作製したEL素子は3V付近から両極性キャリア注入が起こり始め、4V以上の電圧で発光し始めた。発光色はオレンジ色で、配位高分子由来であることが確認できた。輝度は30cd/m2程度であったが、配位高分子を用いた有機EL素子としては高い発光を示している。その他、峡バンドギャップを有するビスマスBi錯体の合成と真空蒸着による薄膜化にも成功した。また、峡バンドギャップを有する白金錯体を合成し、バルクヘテロ型有機薄膜太陽電池を作製し、その光電変換特性を評価した。その結果、光電変換効率は2.3%と決して高くはないものの、1.06 Vという極めて高い開放電圧VOCを示すことを見いだした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでヨウ化銅(I)と様々な窒素含有π共役配位子と反応させることで、導電性と発光特性が共存する一連の新規配位高分子を合成してきた。また、有機EL素子へと応用するために、溶媒アニール法を利用した配位高分子の薄膜化の技術も開発し、更にその配位高分子薄膜を用いた有機EL素子の作製も成功している。従って、材料開発もデバイスへの応用も概ね順調に進んでいる。また、今後は更に薄膜太陽電池へと応用可能な配位高分子を探索し、電子デバイスへの応用を試みる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は更に強いアクセプターを有する窒素含有π共役配位子を用い、配位高分子の合成を試みる。また、可視領域に強い吸収を示し、なおかつ発光するジケトピロロピロール誘導体を用いて配位高分子を合成する。以上の配位高分子を薄膜化し、デバイスへと応用することで、有機EL素子や有機薄膜太陽電池の高効率化を実現する。
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