2015 Fiscal Year Annual Research Report
SiまたはGe－架橋によるπ共役ポリマーの電子状態制御と有機太陽電池への応用
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26288094
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
大下 浄治 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90201376)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機半導体材料 / 有機太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
無機元素をπ共役ポリマーにハイブリッド化することによって、ポリマーの電子状態を自在にチューニングし、望みの機能を付与しようとする研究が世界的に行われている。本研究では、このような概念のもとで新規π共役ポリマー材料の開発に関する研究を展開しており、これまでに、ジシラノビチオフェン、ビ（ジチエノゲルモール）などの新規なケイ素およびゲルマニウム架橋したπ共役系をビルディングブロックとするドナー－アクセプター（D-A）型のポリマー材料の合成と太陽電池への応用展開を検討した。H27年度は、この経過をさらに発展させて、以下のような研究実績を上げた。
1. 昨年度、電子供与性のジチエノゲルモールと受容性のジピリジノゲルモールがスピロ架橋したスピロ（ジチエノゲルモール）（ジピリジノゲルモール）骨格の合成法を見出し、その基本物性を明らかにした。H27年度は、これを共役オリゴマーおよびポリマー中に組み込むことに成功した。さらに、光学特性を詳細に検討し、またモデル化合物のシミュレーションを行うことによって、ジチエノゲルモールとジピリジノゲルモールの間で、光エネルギー移動、光電子移動が起こることを見出し、さらにそれを津喚起によってコントロールできることを見出した（論文発表済み）。
２．ジシラノビチオフェンを電子供与性ユニットとするD-A型共役ポリマーを各種合成し、バルクヘテロ接合型の太陽電池に応用した（論文発表済み）。さらに、その中で最も有望だったものについて、セルの作製条件を最適化して、高い起電圧を可能にする特徴的な材料であることを明らかにした（論文印刷中）。
３．ビ(ジシラノビチオフェン)骨格の合成法を確立し、これを電子供与性ユニットとするD-A型共役ポリマーに成功し、その太陽電池への応用を検討した（論文投稿中）。
４．ジチエノゲルモールを含む新規な色素増感太陽電池用色素の合成に成功した（論文作成中）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に従って、合成実験と光電変換機能開発は、概ね順調に進行している。一部、計画していた合成がうまくいっていないものもあるが、H27年度は、スピロ（ジチエノゲルモール）（ジピリジノゲルモール）の高分子化、ジシラノビチオフェン、ビ（ジシラノビチオフェン）を主鎖に有するポリマーの合成に成功し、その機能物性評価を行い、シミュレーションによる詳細な検討を行った。実際に素子化して素子性能を評価した。さらに、H28年度に合成検討を予定していたジチエノゲルモールを有するカップリング剤の一種として、TiO2を修飾できる増感色素の合成を前倒しして進めることもできた。素子作製やその条件最適化も進めることができており、全体として、順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、計画に従って、各種の材料合成研究を積極的に続けると共に、H27年度に合成に成功したスピロ（ジチエノゲルモール）、（ジピリジノゲルモール）を含有するD-A型ポリマーの太陽電池への応用研究を行う。また、ビ(ジシラノビチオフェン）含有ポリマーの太陽電池への応用の詳細な検討を行い、分子構造の最適化等を行う。さらに、H27年度に合成したジチエノゲルモールを含む新規な色素増感太陽電池用色素をもちいて、実際にセルを作製し、評価する。これまで合成した材料の太陽電池以外の応用に関しても検討する。
その他、本研究機関算対を通じて得られた成果を整理・検討して、構造－機能の相関を明らかにして、さらによい材料が得られるよう新しい材料設計指針を検討するなど、研究を総括する。
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| Causes of Carryover |
今年度の研究で、合成実験と共に、機能・物性評価、シミュレーションを多く取り入れたため、相対的に合成実験の比重が減り、そのため、試薬などの合成用消耗品費の使用が計画より少なかった。しかし、次年度は、今年度の成果をフィードバックして、材料合成に注力する予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度の研究で有望なπ共役系と評価できたビ（ジシラノビチオフェン）、スピロ（次ティエノゲルモール）（ジピリジノゲルモール）を主骨格とする材料合成を進める。また、ジチエノゲルモールを構成要素とする色素増感太陽電池材料の合成も積極的に進める。このため、合成用試薬などの消耗品費が必要である。
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| Remarks |
HomeからPublication, Presentation, Researchに進むことで、それぞれ論文と学会発表、および研究概要を参照できる。
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