Development of novel ladder-type pi-frameworks and high performance organic semiconducting materials.

• Project/Area Number: 23K04878
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 斎藤 慎彦 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (10756315)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 有機半導体 / 太陽電池 / トランジスタ / ラダー型π骨格 / ビルディングブロック / organic solar cell / field-effect transistor / organic semiconductor / ladder-type pi-framework

Outline of Research at the Start

本研究では、有機半導体材料のビルディングブロックとなる新規のラダー型π骨格の開発を行い、これを有する高性能有機半導体材料の創生を目的として研究を行っていく。これまでに開発してきた新規のラダー型π骨格をさらに拡張した骨格や、骨格のねじれを解消して剛直性を高めたラダー型π骨格を開発することでOPVやOFETにてさらなる高性能化を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

有機デバイスの高性能化に向けて有機半導体の開発が盛んに行われている。例えば有機電界効果トランジスタ（OFET）や有機薄膜太陽電池（OPV）では効果的なキャリア輸送のためには、薄膜状態の結晶性や配向性といった「薄膜構造」の制御が必要である。
OFETでは、再配向エネルギーが小さい材料の方が電荷輸送に有利なため、剛直な骨格を有する材料が良いと考えられている。エネルギー準位も重要であり、p型材料では大気安定性、n型材料では電子輸送の際に酸素にトラップされないため深いエネルギー準位が必要である。また、OPVでは多くの光を吸収するためにはバンドギャップは小さい方が良いが、開放電圧はp型材料のHOMOとn型材料のLUMOの差に相関があるため、適切なエネルギー準位の調整が必要である。このようにそれぞれの目的に応じてエネルギー準位の制御は必要であり、そのためには、材料の分子設計としてヘテロ原子を有する芳香属化合物を有するラダー型骨格の開発は有効である。
これまでに、骨格の中心にナフトビスチアヂアゾール（NTz）を有するラダー型骨格を開発し、OPVやOFET材料へと展開してきた。本研究ではさらに電子欠損性の高いナフトビスオキサジアゾール（NOz）を有するラダー型骨格の開発を検討した。NOzを有するラダー型骨格は従来のNTzのものと比較して低いエネルギー準位を有し、OPVの型材料への応用が可能であることが明らかとなった。

Research Products

• [Presentation] Development of Non-Fullerene Acceptors based on a Novel Ladder Type π-framework (2023)
  • Author(s): Masahiko saito, Takumi Tanaka, Itaru Osaka
  • Organizer: SPSJ International Polymer Conference
  • Int'l Joint Research