Creaction of high performance very narrow-bandgap polymers

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K05206
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35030:Organic functional materials-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kawabata Kohsuke 東北大学, 理学研究科, 助教 (10710212)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 高分子半導体 / 狭バンドギャップ / 近赤外吸収 / 両極性電荷輸送 / キノイド

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have synthesized novel semiconducting polymers incorporating a series of highly electron-deficient semiconducting building unit called acenedichalcogenophenediones, and investigated their structures and properties. By carefully examining the molecular design of the semiconducting polymers, including the pi-extension of the building unit, the types of chalcogen atoms included, and the types and substitution positions of soluble side substituents, we have developed materials with narrow band gaps below 1 eV, deep HOMO and LUMO levels, and high carrier mobility of up to 1 cm2/Vs.

Free Research Field

材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

吸収端波長が1100 nm（1.1 eVのバンドギャップエネルギーに相当）を超えるほど極めて狭いバンドギャップを有する高分子半導体材料は、従来のシリコン半導体の代替かそれ以上に優れた次世代の電子材料として期待されている。しかし、化学的安定性と優れた半導体物性を示す極狭バンドギャップ高分子半導体の設計は容易ではない。本研究では、新規半導体骨格を組み込んだ分子設計により、優れた物性を示す新規材料の創出のみならず、今後の材料開発において重要な分子設計や合成アプローチについての知見を見出した。