| 研究課題/領域番号 |
19H02608
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
小柴 康子 神戸大学, 工学研究科, 助手 (70243326)
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| 研究分担者 |
石田 謙司 神戸大学, 工学研究科, 教授 (20303860)
福島 達也 神戸大学, 工学研究科, 講師 (70705392)
森 敦紀 神戸大学, 先端膜工学研究センター, 教授 (90210111)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | チオフェンデンドリマー / 熱電変換 / 有機半導体 |
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| 研究実績の概要 |
今年度は7Tがベンゼン環を中心に3個繋がったチオフェンデンドリマーPh(7T)3を用いて、14Tと同様に薄膜作製法とドーピング方法を検討し、熱電変換特性評価を行った。14Tに用いた酸化剤(ドーパント)塩化鉄六水和物(FeCl3・6H2O)を用い、Ph(7T)3のクロロホルム溶液にFeCl3・6H2Oクロロホルム分散液を種々の添加率で混合した。溶液をキャスト成膜したドープ後Ph(7T)3薄膜のUV-vis スペクトルからはポーラロン、およびバイポーラロン由来の吸収が観測され、FT-IR測定よりドープ後のキノイド構造への変化を示唆するスペクトル変化が観測されたことから酸化剤FeCl3・6H2O添加によりPh(7T)3はドーピングされたと考えられた。ドロップキャスト法でドープしたPh(7T)3薄膜を作製導電率とゼーベック係数(S)を計測した。Sは最大値でS = 343 μV/Kが得られ、Ph(7T)3はメジャーキャリアがホールであるp型半導体特性を示した。14TのSの最大値は135 μV/Kであり、2倍以上の値が得られた。FeCl3・6H2O でドープした14T，Ph(7T)3のSの値は高いが、薄膜の導電率が低いためパワーファクター(P)の値は低くなった。より高いPを得るには薄膜の導電性向上が必要と考え、導電性高分子とのコンポジット化のために。導電性高分子として代表的なポリチオフェンであるポリ(3-ヘキシルチオフェン)P3HTを用い、まずP3HTへヘキサフルオロリン酸ニトロシル(NOPF6)を酸化剤として用いドーピング状態の評価を行った。P3HTスピンコート薄膜をNOPF6クロロホルム溶液に浸漬し、その場UV-vis-NIR測定によりP3HTのドープ状態を評価し、熱電変換特性評価を行った。ドープによりP3HT薄膜の導電性は大きく向上した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
オリゴチオフェンデンドリマー14Tと同様の方法でPh-(7T)3をドープすることで、Ph-(7T)3薄膜の導電率も向上し、熱電変換特性評価を行い、ゼーベック係数Sを測定することができた。Ph(7T)3のSは最大値でS = 343 μV/Kが得られ、無機系熱電変換材料の中で最も性能が高いといわれるBi2Te3以上の値が得られている。14TのSの最大値、135 μV/Kと比較して2倍以上の値が得られ、直鎖状オリゴチオフェン6Tとも併せて比較すると、π軌道の縮退の増加によりSが増加するというコンセプトについても実証できてきていると考えられる。14T，Ph(7T)3薄膜の導電率の低さの改善については、導電性高分子とのコンポジット化が考えられるが、今年度は導電性高分子としてP3HTを用い、P3HT薄膜へのドーピングを行った。今後14T、Ph-(7T)3と導電性高分子のコンポジット薄膜を作製するのに向けて、基礎的データを取得することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
14T、Ph(7T)3薄膜の導電率向上と熱電変換特性の向上を目指す。導電率向上に向け、まず、14Tを用いて代表的なポリチオフェンであるP3HTとのコンポジット薄膜を作製、ヘキサフルオロリン酸ニトロシル(NOPF6)を酸化剤として用いたドーピングを行う。14T/P3HTコンポジット薄膜に関しては、NOPF6以外の酸化剤として、Silver Bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (Ag-TFSI)を用いてドープを試み、ドープ状態、14T/P3HTコンポジット薄膜の構造と、熱電変換特性との関連づけを行う。一方、14Tよりも高いゼーベック係数を示すPh(7T)3について、14Tと同様にP3HTとのコンポジット化とドーピングを行い、ドープ状態、導電率、薄膜構造を評価すると共にSを測定し、高いゼーベック係数を生かしながら導電率を向上させる最適ドープ状態をめざす。最終的に最適化された素子構造で熱電変換特性を評価する。
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