Development of thin films with pn heterojunctions using photo and thermal responsive behavior

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 15K05639
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Polymer/Textile materials
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Kawamoto Masuki 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (70391927)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 機能性高分子 / ポリチオフェン / 熱脱離反応 / ウエットプロセス / ヘテロ接合 / カーボンナノチューブ / 光電変換 / 熱電変換

Outline of Final Research Achievements

Mixtures of water-soluble polythiophene, fullerene nanoparticle, and single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in water formed self-assembled ternary nanocomposite with pn heterojunctions. A solution-processed nanocomposite film showed photoelectric energy conversion upon air mass 1.5 simulated solar illumination.
Thermally cleavable polythiophene derivatives were synthesized for dispersion of SWCNTs in solvents. A solution-processed polythiophene/SWCNTs nanocomposite film exhibited solid-state thermal cleavage of a solubilizing group, producing an insoluble composite film. A substrate-free thermoelectric composite film was fabricated by simple solvent evaporation.

Free Research Field

機能性高分子材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

混ぜるだけで自発的に pnヘテロ接合を形成するナノコンポジットの作製に成功した。また，生体，環境に無害な水を用いて，エネルギー変換素子を作製することができた。クリーンウエットプロセスによる素子作製への展開が期待できる。
可溶部位の熱脱離反応によって溶媒に不溶な膜へと変換するパイ共役ポリマーの開発に成功した。また，SWCNT との複合化と溶媒蒸発法を組み合わせ，フリースタンディングフィルムを得る新手法を開発した。本成果は，フレキシブル熱電変換材料の開発に有用である。