2021 Fiscal Year Annual Research Report

New non-fullerene motif optimized for n-type semiconductors in organic photovoltaics

Research Project

Project/Area Number	19K05420
Research Institution	Nagoya Institute of Technology
Principal Investigator	小野克彦名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20335079)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	ホウ素錯体化合物 / 有機薄膜太陽電池 / ｎ型半導体 / 電荷分離 / 電荷再結合
Outline of Annual Research Achievements	有機薄膜太陽電池の研究において、フラーレンｎ型半導体の代替材料の開発が重要課題になっている。その分子構造は球状かつ大きなπ電子系で特徴づけられるが、これが活性層でのバルクヘテロ相分離構造を与えるとともに、電荷分離と電子輸送に寄与している。そこで、他の構造体で同様の効果を与えるものはないかと考え、消波ブロックの構造工学に着目した。本研究では、テトラポッド模型と同様な効果や機能が期待されるホウ素錯体化合物を合成し、その物性を研究した。 ①ホウ素錯体化合物について5種の誘導体を合成した。熱重量示差熱分析から、これらは300 ℃まで耐熱性をもつとともに、その温度範囲で相転移を示さなかった。②溶液吸収スペクトルで光吸収帯が400-600 nmに観測され、その最大モル吸光係数は200,000 M-1 cm-1に達した。また、薄膜吸収スペクトルでは末端波長が800 nmに観測された。このため、標的分子は優れた光捕集能をもつことが分かった。③電気化学測定からフラーレン誘導体と同等の電子親和性が観測された。④有機溶媒に対して十分な溶解性を示し、スピンコート法で薄膜を作製することができた。⑤エネルギーダイアグラムを作成し、導電性ポリマーを選択した。また、理論的に太陽電池が組めることを確認した。⑥逆型素子と呼ばれる有機薄膜太陽電池（ITO/PEIE/活性層/MoO3/Ag）を作製し、電流電圧特性と外部量子効率スペクトルを測定した。研究の結果、ホウ素錯体化合物を使った太陽電池で十分な特性は得られなかった。この原因として活性層で電荷分離が起きていないことが推測された。現在、その詳細について調査中であり、分子構造の改善にも取り組んでいる。これまでの研究でｎ型半導体のモチーフを確立できなかったが、本研究の有効性を信じて研究を継続する予定である。