| 研究課題/領域番号 |
19K15387
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
上野 裕 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (00775752)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 有機半導体 / ドーピング / フラーレン / 超原子 / ナノ粒子 / ペロブスカイト太陽電池 / 内包フラーレン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
リチウムがC60ケージ内部に封入されたリチウム内包フラーレン誘導体（Li@PCBM）を，同骨格を有する空のフラーレン誘導体（PCBM）に対するn型ドーパントとして用いた新規n型半導体を創製する．構造が同じ物質を混合するため，ドーパント添加による結晶構造の乱れが少なく，ドーピングの域を超える高い割合での材料複合化が可能であり，混合割合に応じて容易かつ広い範囲でフェルミ準位を制御可能なn型半導体が得られると期待される．本材料を用いて太陽電池素子を作成・評価することで，材料汎用性を実証し，分子内部空間を活用した新規ドーピング概念を提唱する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，有機半導体分子と同じ外骨格を有するドーパント分子の合成，および当該分子を活用した高伝導性有機半導体材料の創製を目指した．初のリチウム内包フラーレン誘導体となるリチウム内包PCBM（Li@PCBM）を合成・単離し，同骨格を有する空のPCBMに対するドーパントとして0~5 wt%添加した複合半導体薄膜を作製した．物性評価の結果，Li@PCBMのPCBMに対する電子供与的な振る舞い，すなわち，ｎドーピング効果が確認された．本材料を用いてペロブスカイト太陽電池を作製し，性能評価を実施したところ，未ドープPCBM薄膜を用いたデバイスと比較して最大で3%程度の光電変換効率の上昇が見られた．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
有機半導体分子と外観構造が全く同じであるにも関わらず，電子の数が1つだけ違うという特異な関係にある分子の合成に成功し，このような特異な関係にある２分子を用いた新ドーピング概念：超原子ドーピングを提唱により，既存有機半導体の物性チューニングが可能であることを示した．本研究により，再生エネルギーの鍵となる太陽電池等の有機デバイスに利用される有機半導体材料の高性能化，汎用化を支える重要な基礎的知見が得られた．
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