| 研究課題/領域番号 |
22K14745
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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35030:有機機能材料関連
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
三木江 翼 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40881280)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 半導体ポリマー / π共役系化合物 / 電子輸送材料 / 有機電界効果トランジスタ / 有機薄膜太陽電池 / n型半導体ポリマー / 電子輸送性材料 / π共役系材料 / イミド化合物 / 有機エレクトロニクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高性能なn型半導体ポリマーの開発は、有機エレクトロニクスの発展に直結する重要課題の１つである。n型半導体ポリマーの高性能化には、ポリマー中に発生した電子を、①安定に輸送できる低い最低空軌道（LUMO）準位と、②効率的に輸送できる経路構築の両立が鍵である。本研究では、ポリマー主鎖内のLUMOの非局在化に着目し、主鎖内・主鎖間の両方を効率的な電子輸送経路として活用する高性能n型半導体ポリマーを開発する。
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| 研究実績の概要 |
令和4年度までに、強すぎない「適度な」電子欠損性を持つキノキサリン（QI）骨格を有する半導体ポリマーPQITにおいて、LUMOの非局在化がLUMO準位の低下に効果的であり、PQITを用いた有機電界効果トランジスタ（OFET）がn型半導体特性を発現することを見出した。
令和5年度は、まず、PQITを用いたOFETの高性能化を試みた。興味深いことに、PQITのクロロベンゼン（CB）溶液を用いて成膜した素子は1.0 cm2/Vsを超える電子移動度を示し、クロロホルム（CF）溶液を用いて成膜した素子（0.1 cm2/Vs）の10倍以上高い値を示すことを見出した。X線回折測定により薄膜構造を評価したところ、CBで成膜したポリマー薄膜はCFで成膜したものよりもπスタック距離が短く、結晶子サイズが大きいことがわかった。すなわち、CB溶液を用いて成膜したOFETは、結晶性の向上に起因して高い電子移動度を示したと考えられる。
一方、PQITは高い結晶性を示すものの、Face-on配向であることがわかった。一般に、OFETでは基板水平方向に電子を輸送するため、Face-on配向よりもEdge-on配向が有利である。従って、QI系ポリマーをEdge-on配向にすることで、主鎖間・主鎖内ともに基板水平方向に電子を輸送でき、さらなる移動度の向上が見込まれる。そこで、配向性の制御を目的として、PTQIに導入するアルキル基を短くしたPTQI-2と、πスペーサを長くしたPTQI-3をそれぞれ合成した。しかしながら、いずれのポリマーも溶解性が大きく低下し、成膜が困難であったため、FET特性は評価できなかった。
以上、研究期間全体を通じて、「強すぎない適度な電子欠損性を持つ骨格の導入によるLUMOの非局在化」という、高性能n型半導体ポリマーの開発に向けた新しい材料設計指針を示すことができた。
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