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新規アクセプターを含む有機半導体ポリマーの精密合成と有機薄膜太陽電池への応用

公募研究

研究領域元素ブロック高分子材料の創出
研究課題/領域番号 15H00751
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関岡山大学

研究代表者

西原 康師  岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (20282858)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2016年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2015年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワード高分子合成 / 合成化学 / 有機薄膜太陽電池 / 半導体物性 / アクセプターユニット / クロスカップリング / 活性層 / 光電変換効率 / 太陽電池 / デバイス関連化学
研究実績の概要

ドナー・アクセプター (D-A) 型ポリマーは、高性能半導体ポリマーを開発する上で極めて有用な手法として知られている。これまでに高性能デバイス作製のため、様々な新規 π 電子骨格が設計され、これらを導入した高性能ポリマーが合成されてきた。本研究では、有機薄膜太陽電池の光電変換効率の向上を目的として、活性層の重要な構成ユニットであるアクセプターユニットを新規に設計、合成することを目的としている。昨年度は、高性能半導体材料開発のため、新たな拡張π電子系電子不足芳香環であるアントラ[1,2-c:5,6-c’]ビス[1,2,5]チアジアゾールを導入したポリマー (PATz4T-o6OD) の合成に成功した。さらに、このポリマーを用いた有機薄膜太陽電池において、5.7% の変換効率を達成した。しかしながら、強い電子供与基であるアルコキシ基の導入により、ATz 骨格の電子親和力が低下し、可視光領域の吸収範囲が狭くなるという問題点があった。そこで今年度は、ATz 骨格に対して電子求引性基であるアルコキシカルボニル基を導入することで、吸収領域を拡張し、さらなる変換効率の向上を目指した。その結果、溶媒にクロロベンゼン、添加剤として 1 vol% の 1,8-ジヨードオクタン、p/n 比が 1:2 のとき、最大で 2.9% の光電変換効率を示した (Jsc = 7.85 mA cm-2、Voc = 0.78 V、FF = 0.48)。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Phenanthrodithiophene−Isoindigo Copolymers: Effect of Side Chains on Their Molecular Order and Solar Cell Performance2015

    • 著者名/発表者名
      Nishinaga, S.; Mori, H.; *Nishihara, Y.
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 48 号: 9 ページ: 2875-2885

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.5b00622

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of Alkyl Side Chains on Thin-Film Transistor Performances in Phenanthrodithiophene-Isoindigo Copolymers2015

    • 著者名/発表者名
      Nishinaga, S.; Mori, H.; *Nishihara, Y.
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 44 号: 7 ページ: 2875-2885

    • DOI

      10.1246/cl.150357

    • NAID

      130005085179

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] アントラビスチアジアゾールを有する新規半導体ポリマーの開発と有機太陽電池への応用2017

    • 著者名/発表者名
      森 裕樹,西永周平,髙橋竜輔,西原康師
    • 学会等名
      第 64 回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] フェナセン骨格を有する低バンドギャップ半導体ポリマーの開発と有機薄膜太陽電池への応用2016

    • 著者名/発表者名
      森 裕樹,髙橋竜輔,原 脩人,西原康師
    • 学会等名
      2016年日本化学会中国四国支部大会
    • 発表場所
      香川大学 幸町キャンパス
    • 年月日
      2016-11-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Development of High-Performance Organic Photovoltaic Cells Containing the Phenanthrodithiophene (PDT) Unit2016

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Nishihara
    • 学会等名
      E-MRS (European Materials Research Society) 2016 Fall
    • 発表場所
      Warsaw, Poland
    • 年月日
      2016-09-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] フェナントロジチオフェン系半導体ポリマーにおける可溶性側鎖と分子量が薄膜構造および太陽電池特性に及ぼす影響2016

    • 著者名/発表者名
      森 裕樹,髙橋竜輔,原 脩人,西原康師
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      神奈川大学 横浜キャンパス
    • 年月日
      2016-09-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 4,7-ジアルキルフェナントロジチオフェン-イソインジゴ系半導体ポリマーを用いた有機電子デバイスにおける構造-特性相関2016

    • 著者名/発表者名
      森 裕樹,遠山亮太,髙橋竜輔,原 脩人,西原康師
    • 学会等名
      第65回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2016-05-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] フェナントロジチオフェン-ベンゾチアジアゾール系半導体ポリマーを用いた高性能有機薄膜太陽電池の開発2016

    • 著者名/発表者名
      髙橋竜輔,篠﨑貴旭,森 裕樹,西原康師
    • 学会等名
      第65回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2016-05-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 様々な可溶性側鎖を有するフェナントロジチオフェン-イソインジゴ系半導体ポリマーの合成と物性2016

    • 著者名/発表者名
      原 脩人,西永周平,森 裕樹,西原康師
    • 学会等名
      第65回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場
    • 年月日
      2016-05-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 新規アクセプター部位を含むπ共役系高分子の合成と有機薄膜太陽電池への展開2016

    • 著者名/発表者名
      西原康師
    • 学会等名
      日本化学会第96春季年会
    • 発表場所
      同志社大学
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Phenanthro[1,2-b:8,7-b’]dithiophene (PDT): Application to Organic Field-Effect Transistors and Photovoltaics2016

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Nishihara
    • 学会等名
      International Symposium on Chemical Research Frontiers
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 岡山大学異分野基礎科学研究所

    • URL

      http://chem.okayama-u.ac.jp/~funcchem/top/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 機能有機化学研究室のホームページ

    • URL

      http://chem.okayama-u.ac.jp/~funcchem/top/

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [産業財産権] アントラビスチアジアゾール誘導体及びこれを用いて得られるπ共役系重合体2016

    • 発明者名
      西原康師,西永周平,高橋竜輔,森 裕樹
    • 権利者名
      国立大学法人 岡山大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-044905
    • 出願年月日
      2016-03-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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