Development of Ferroelectric Pi-Conjugated Liquid Crystals that Exhibit Chiral Photovoltaic Effects

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19013
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: Yoshio Masafumi 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (60345098)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 液晶 / 有機半導体 / 強誘電体 / 太陽電池 / ダイオード / 電界発光

Outline of Final Research Achievements

This research focused on the creation of ferroelectric liquid crystal semiconductors for highly efficient utilization of solar energy. We developed new ferroelectric columnar liquid crystal molecules with rod-like extended π-electron conjugated structures consisting of electron donor and electron acceptor moieties. Through X-ray electron density analysis, we clarified the nanophase-separated columnar molecular assembled structures. By applying a direct current voltage in the liquid crystal state, we successfully constructed a new photoelectric conversion device that exhibit photodiode characteristics owing to the spontaneous polarization.

Free Research Field

有機化学、高分子化学、電気電子デバイス工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

太陽光エネルギーの高効率利用に向けて、有機半導体薄膜を用いる軽量で省エネルギープロセスの太陽電池の構築が重要である。本研究では、光電変換効率の向上、長寿命化に資する新たな提案として、分子が自発的に高効率電荷輸送パスを形成する強誘電性液晶半導体の創出を目指した。強誘電自発分極によって半導体バンドギャップを超える開放電圧が期待でき、電池出力の最大化に貢献できる。また、電極間に液晶半導体を封入するシンプルな構造のため、光電変換デバイスの低コスト化と高信頼性化に資する技術として産業応用に繋がる。