Development of Electron-Deficient Organic Semiconducting Polymers with Record High Electron Mobility

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02786
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Michinobu Tsuyoshi 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (80421410)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 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 Final Research Achievements

In this study, high-performance electron-transporting semiconducting polymers were developed by using nitrogen-substituted benzobisthiadiazole derivatives and related electron-deficient aromatic rings to achieve high electron mobilities in organic transistors. First, optimization of cross-coupling polymerization conditions produced high molecular weight polymers with the molecular weights of about 100,000. These polymers displayed excellent carrier mobilities. Next, the use of aromatic units, such as fused oligophenylenevinylene derivatives and oxazole, was shown to produce polymers with excellent electron transporting properties. It was also found that adding ionic additives to the active layer improves transistor performances because the contact resistance between the semiconductor layer and electrode is lowered.

Free Research Field

高分子科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

有機半導体高分子の研究において、正孔輸送型のp型半導体特性の最適化は比較的容易であるが、電子輸送特性に優れたn型半導体の設計は難易度が高いという問題があった。本研究において、電子輸送特性に影響を与える高分子の因子として、分子量や主鎖骨格の影響について明らかにした。例えば、チアゾールに比べてほとんど用いられていなかったオキサゾールは、電子輸送特性を有する骨格であり、直接アリール化重縮合のような環境負荷が低い重合法で高分子を製造することができることを証明した。また、イオン性の添加剤を加えるという簡単な操作でトランジスタの極性やキャリア移動度を調節できるという新しい知見を得るに至った。