2015 Fiscal Year Annual Research Report
ナフトジチオフェンジイミド (NDTI) を基盤とする有機半導体分子の開発
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26810109
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
中野 正浩 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 特別研究員 (80724822)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / n型半導体 / 有機薄膜トランジスタ / 有機薄膜太陽電池 / 両極性材料 / 導電性高分子 / 熱電変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、新規に合成した“強い電子受容性“を持つ分子骨格であるナフトジチオフェンジイミド(NDTI)を用いて、様々な有機デバイスに用いるn型材料を開発することを目的として行われたものである。
本年度は、有機薄膜トランジスタ（OFET）デバイス・有機薄膜太陽電池（OPV）デバイスのn型半導体材料の開発を行った。OFETデバイスについては、デバイス中の結晶構造を見直すことで高い電子移動度を示す材料を開発することができた(Cl-NDTI-8, 0.73cm2/Vs)。これは既存の材料と比較して、安定性に優れ、デバイス構造に依らず安定した特性を示すことから、今後さらなる応用が期待できる。OPVデバイスに関しては、OPVデバイスに有利な分子配向を実現し、前年度よりも高い特性を得ることに成功した（PNDTI-DTT, PCE = 3.6%）。また、NDTIと電子供与性のπ電子骨格を組み合わせることで、両極性材料を開発し、これを用いてCMOS論理回路を単一化合物で実現することに成功した。この回路は溶媒塗布のみで簡便に実現できるだけではなく、良好な特性を示した(GAIN ~210V, Vdd = 60 V)。
さらに、NDTIを用いた半導体ポリマーにドーパントを加えることで高い導電性を示すことを明らかとし、これが高い熱電変換特性(n型)を示すことを見出した(σ= 5 S/cm)。導電性高分子の導電性を向上するための分子デザインは現状ではほとんど明らかとなっていないが、本研究では“可溶性分岐アルキル基をポリマー主鎖から離す”ことが有効であることを明らかとした。
以上のように、NDTIを用い、様々な有機デバイスに有用なn型材料の開発を行い、いずれのデバイスにおいても良好な特性を確認することができた。このことから、NDTIはn型材料開発において有用であり、さらなる高性能材料の創成が期待できる。
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