2013 Fiscal Year Annual Research Report
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23245041
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
瀧宮 和男 独立行政法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, グループディレクター (40263735)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 有機電子材料・素子 / 有機トランジスタ / 有機太陽電池 / 有機半導体 / 新規骨格 |
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| Research Abstract |
申請者は有機合成化学を基盤に有機半導体材料の開発と有機薄膜デバイスへの応用を行ってきており，この中から「従来の枠に囚われない有機半導体骨格」の開発の重要性を強く認識してきた．本研究では，有望な新規骨格はもちろんのこと，これまでに報告例はあるものの材料として取り上げられていない骨格，または，適当な合成法がないためそのポテンシャルを十分に精査できていない半導体骨格（未踏有機半導体骨格）に焦点を当て，それらの設計・合成・応用を行うことを目的とする．
本年度，低分子p型の半導体骨格の開発において，段階的チオフェン環化法を経るベンゾチエノベンゾチオフェン（BTBT）骨格の合成法を開発し，これを用いて多様なBTBT系骨格の合成に応用できることを明らかにした．また，この手法は非対称型のBTBT誘導体の合成に好適であり，これを利用して可溶性ジナフトチエノチオフェンの開発にも成功した．
一方， 昨年度確立した，n型半導体骨格，ナフトビスチアジアゾール（NTz）の効率的な合成法を足掛かりに，NTzを含む半導体ポリマーを種々開発し，このうち，可溶化ナフトジチオフェン（NDT,本研究にて開発した未踏半導体骨格）と組み合わせたポリマーにおいて，光電変換効率が8%を超える高効率有機薄膜太陽電池を開発することに成功した．さらに，新たにジベンゾベンタレン（DBP）を組み込んだp型ポリマーも開発し，DPBユニットのπ拡張系への組み込み方により，異なる電子構造を与えることを明らかにした．
また，本年度特筆されることは，全くの未踏半導体骨格であったナフトジチオフェンジイミド（NDTI）の合成法を確立したことであり，低いLUMOと比較的高いHOMOを持ち，低分子半導体としてはn型挙動を，ポリマー系では両極性半導体挙動を示すことを明らかにした．
次年度はこれらの新たな未踏半導体骨格，特にNDTIを用い新規半導体材料，デバイスへの展開を図る．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究提案時に標的化合物として想定していた未踏半導体骨格のうち含硫黄系のp型半導体候補とその酸素，セレン類自体の合成と評価が完了しているとともに，全くの未踏骨格であるナフトジチオフェンイミド（NDTI）の合成法も確立できている．
さらに，世界最高レベルの光電変換効率の薄膜太陽電池を与えるポリマーの開発にも成功した．
以上の理由から，当初の計画以上に進展していると判断される．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，多様な骨格探索を進めるとともに，その展開や応用，特にオリゴマー半導体，ポリマー半導体への応用を目指す．特にn型半導体ポリマーは世界的も例が少なく，その開発は喫緊の課題である．
今後，NDTI骨格などを利用しつつ，高移動度n型半導体ポリマーの開発と応用に注力する．材料応用としては，太陽電池材料への応用に注力する．
本年度8.2%の効率を達成したが，さらに高効率のデバイスを与える材料系の探索と素子化を行う．
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[Journal Article] 5,10-Diborylated naphtho[1,2-c:5,6-c']bis[1,2,5]-thiadiazole: a ready-to-use precursor for the synthesis of high-performance semiconducting polymers2013
Author(s)
K. Kawashima, E. Miyazaki, M. Shimawaki, Y. Inoue, H. Mori, I. Osaka, K. Takimiya
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Journal Title
Polymer Chemistry
Volume: Vol.4
Pages: 5224-5227
DOI
Peer Reviewed
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