2018 Fiscal Year Research-status Report

狭バンドギャップ半導体高分子の開発と有機薄膜デバイスへの応用

Research Project

Project/Area Number	18KK0157
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	道信剛志東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (80421410)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	松本英俊東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (40345393) 角屋智史兵庫県立大学, 物質理学研究科, 助教 (70759018)
Project Period (FY)	2019-02-07 – 2021-03-31
Keywords	有機半導体 / 半導体高分子 / トランジスタ / 太陽電池 / 有機エレクトロニクス
Outline of Annual Research Achievements	スピンコートやブレードコート等の湿式法で大面積の均一薄膜を作製できる高分子半導体は、有機薄膜太陽電池や薄膜トランジスタ等の次世代デバイスの開発を進展させると期待されている。本研究では、申請者らが近年着目しているベンゾビスチアジアゾール（BBT）という縮鐶構造をモノマーとして選択し、Pd触媒を用いたクロスカップリング重合により高結晶性の新規半導体高分子を合成する。薄膜トランジスタの初期評価を実施した後、国際共同研究を通して太陽電池やメモリ、CMOSインバータ等の薄膜電子デバイスの高機能化に挑戦することを目的とした。 BBTは非常に強い電子アクセプター性を示すため、n型半導体の基本骨格になり得ると考え、n型特性を示すBBT高分子の開発を実施した。一連の研究の過程で、BBT単独では正孔（ホール）と電子の両方を流す両極性半導体になることが分かっていたため、正孔注入を妨げ、生成した正孔を完全に補足するユニットとしてナフタレンジイミド（NDI）と共重合した。BBTとNDIの共重合体はπスペーサーを上手に選択して平面性が高い主鎖骨格を確立すると、トランジスタにおいて高い電子移動度を示すことを見出した。ただし、太陽電池のn型半導体として用いると、p型半導体高分子のエネルギー準位と整合せず、高い光電変換効率は得られなかった。そこで、BBTの代わりにチエノピロールジオン（TPD）という骨格を用いたn型半導体高分子を合成した。TPDとNDIの共重合体は太陽電池のn型半導体として効果的に働き、光電変換効率6.6%を達成した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 目的としていたBBT高分子が太陽電池でうまく作動しないと判断し、すぐに代替となる高分子を合成し、評価している。結果として、当初予定していた成果が得られている。
Strategy for Future Research Activity	TPDとNDIの高分子の高性能化を合成および物性の両面から達成する。
Causes of Carryover	交付内定が平成31年2月7日であったため。