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有機薄膜太陽電池の高効率化を指向した新規熱変換型有機半導体材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16J04335
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 有機・ハイブリッド材料
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

髙橋 功太郎  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード有機半導体 / 有機薄膜太陽電池 / 有機薄膜トランジスタ / テトラベンゾポルフィリン
研究実績の概要

(1) BP誘導体を用いたOTFTの作製と移動度向上
通常テトラベンゾポルフィリン(BP)は有機溶媒に対して不溶であることから,可溶性熱前駆体(CP)をスピンコートし,基板を加熱することでBP薄膜へと変換させOTFTを作製する.しかし,この手法ではBPの分子配向を制御できず、その正孔移動度(μ)も0.1 cm2/Vs程と低い.そこでBPの5,15位に置換基を導入した可溶性BP誘導体(TIPS-BP)を用いてディップコート法によりOTFTを作製したところ,規則的に分子を配列されることに成功し,μ = 1.1 cm2/Vsを達成した.この値はBPまたはその誘導体の最高値である.
さらに移動度を向上させるため,シリル基のアルキル鎖を変化させた材料(A)を合成した.初期評価としてディップコート法によりOTFTを作製したところ,最高でμ= 2.8 cm2/Vs,平均でμ= 1.4 cm2/Vsと移動度をさらに向上させることに成功した.
(2) 高い開放電圧を示すBP誘導体の合成とOPVへの応用
BPと一般的なn型材料であるPC61BMを用いたOPV素子の開放電圧(VOC)は0.6 V程であり,最新の10%を超える低分子系OPV材料のVOC(0.9~1.0 V)と比較して低い.これは,BPの高いHOMO準位(-4.9 eV)に起因している.そこで,BPのHOMO準位を低下させ,OPVのVOCを向上させることを目指し,BPの5,15位に強い電子求引基であるトリフルオロメチル基を導入したBP誘導体(CF3BP)の合成を行った.CF3BPはBPと比較してHOMO準位が0.4 eV低下していることが大気下光電子分光法から明らかとなった.そこで初期評価として,pn型OPV素子の作製・評価を行った結果,CF3BPを用いたOPV素子のVOCは0.96 Vと高い値を示した.今後,pin型OPV素子への応用を行うことで,高い変換効率が期待できる.

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Engineering Thin Films of a Tetrabenzoporphyrin toward Efficient Charge-Carrier Transport: Selective Formation of a Brickwork Motif2017

    • 著者名/発表者名
      K. Takahashi, B. Shan, X. Xu, S. Yang, T. Koganezawa, D. Kuzuhara, N. Aratani, M. Suzuki, Q. Miao, H. Yamada
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 9 号: 9 ページ: 8211-8218

    • DOI

      10.1021/acsami.6b13988

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 2D-GIWAXDによる熱変換型有機半導体材料の分子配向と有機薄膜太陽電池性能との相関2016

    • 著者名/発表者名
      高橋功太郎,熊谷大地,山田直也,小鹿曹汰,山口裕二,小金澤智之,葛原大軌,鈴木充朗,荒谷直樹, 増尾貞弘,吉本則之,中山健一,山田容子
    • 学会等名
      第13回SPring-8産業利用報告会
    • 発表場所
      兵庫県民会館,兵庫県神戸市
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Engineering Electronic Structure of Tetrabenzoporphyrin toward Improved Performance in Organic Solar Cells: Trifluoromethyl-Substituted Tetrabenzoporphyrin Prepared by a Thermo-Precursor Approach2016

    • 著者名/発表者名
      Kohtaro Takahashi, Mitsuharu Suzuki, Hiroko Yamada
    • 学会等名
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics 2016 (KJF-ICOMEP 2016)
    • 発表場所
      アクロス福岡,福岡県福岡市
    • 年月日
      2016-09-04
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Orientation, morphology, and performance of organic photovoltaics based on diketopyrrolopyrrole-linked tetrabenzoporphyrins2016

    • 著者名/発表者名
      Kohtaro Takahashi, Daichi Kumagai, Naoya Yamada, Yuji Yamaguchu, Tomoyuki Koganezawa, Daiki Kuzuhara, Mitsuharu Suzuki, Naoki Aratani, Sadahiro Masuo, Ken-ichi Nakayama, Hiroko Yamada
    • 学会等名
      The International Conference on Hybrid and Organic Photovoltaics (HOPV16)
    • 発表場所
      Swansea, United Kingdom
    • 年月日
      2016-06-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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