2018 Fiscal Year Research-status Report
有機薄膜太陽電池の高効率化を指向した新規有機二置換フラーレン誘導体の開発
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17K05971
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 貴敏 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究室長 (60416295)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩井 利之 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 有機材料研究部, 研究主任 (20416291)
松元 深 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 有機材料研究部, 研究主任 (50416301)
隅野 修平 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 有機材料研究部, 研究員 (60783272)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | フラーレン / メタノフラーレン / 選択的合成 / ヒドラゾン / 硫黄イリド / 有機薄膜太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
C60フラーレン分子に対して有機基を二つ置換させることにより、フラーレン分子のπ共役系縮小による高LUMO化が期待できる。しかし一般的にフラーレンへの複数置換基の導入は、位置異性体の混合物となる。異性体混合物はそれぞれのエネルギー準位が異なることから、電池性能の評価において電圧値の極小化が起こる。高度かつコンパクトに置換位置を制御した有機二置換フラーレンの高選択的合成が重要であり、新たな付加前駆体を分子設計した。アクセプタ材料の標準として利用されているPCBMに類似したフェニル基およびメチルエステル基を含む二置換フラーレン誘導体を合成し、分子構造と電池性能の相関を解明することを目的とした。フラーレンに対して二つ置換するために付加前駆体の分子内に二つの反応性基（トシルヒドラジンとスルフィド）を有する付加前駆体を新規に合成できた。
この前駆体を利用したフラーレンとの反応では、トシルヒドラゾンとの反応後、続いてスルフィドをスルホニウム塩へ誘導して新規な二置換フラーレン誘導体を合成することに成功した。しかし付加前駆体は、5-オキソ-5-フェニル吉草酸を原料として６工程ものステップ必要であり、各種誘導体を評価する上において、付加前駆体の効率的な合成法の開発が必須となり検討した。その結果、芳香族炭化水素と3-クロロプロピオニルクロリドを原料としたFriedel-Crafts反応で得られた化合物を中間体とする工程改良により、分子内にトシルヒドラジンとスルフィドを有する付加前駆体を3工程で得ることに成功した。この経路を利用することにより芳香環上に各種置換基を有する付加前駆体が効率良く合成できることを確認できた。
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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
理由
分子内にトシルヒドラゾンとスルフィドを有する付加前駆体を市販試薬より3工程で得ることに成功できた。分子構造と電池性能の相関を解明するためには多種なフラーレン誘導体を検討することが重要である。すでに短工程ルートを利用して芳香環上の置換基の異なる数種類の付加前駆体を合成することに成功している。この前駆体を利用したフラーレンとの反応により対応する各種二置換フラーレン誘導体が合成できることが期待できる。ことから今年度は、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
分子内にトシルヒドラゾンとスルフィドを有する付加前駆体合成は、改良法により3工程で得ることに成功した。今後は、各種付加前駆体を利用して二置換フラーレン誘導体を合成し、機器分析を利用した解析により構造決定する。更に分子軌道計算と電気化学測定との相関を明らかとし、有機二置換フラーレンの分子構造について検証する。
更に、フラーレン分子の近傍にエステル基を有している今回の分子構造は、エステル基の電子吸引性が電池特性に関してマイナスの影響を及ぼす可能性がある。この問題を克服するために、エステル部分を芳香環に置き換えた二置換フラーレンについて、合成検討を進めていく。
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| Causes of Carryover |
次年度では、合成した新規フラーレン誘導体について電気化学測定等の物性測定を進めていく必要がある。このために電気化学測定が可能な機器購入を検討したが、今年度中の納入が不確かであったため、次年度に購入するための予算として残額を繰り越すこととした。
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