研究課題
高効率な有機太陽電池を実現するためには、電子とホール輸送を担うそれぞれの分子層を、ナノスケールの精度で分離し、さらに広い接触面積で接合させなければならない。しかし、異なる電子的性質を持った分子集合体を区画化し、精度良く接合することに成功した例はなかった。本研究では、グラフェンの部分骨格からなる分子に、「フッ素原子を導入して電子輸送機能を付与した誘導体」と「金属を取り込む能力とホール輸送機能を併せ持つ誘導体」を設計した。これらの分子はいずれも、溶液中でチューブ構造へと自発的に集合化する。ホール輸送能を有するナノチューブを種とし、その断面のみから電子輸送チューブを成長させる条件を探索した結果、二つの異なるナノチューブセグメントが完壁な精度で直結した有機ヘテロ接合構造の構築に初めて成功した。さらに、得られたナノチューブに光を照射すると、発生する電子とホールが分離し、この電荷分離状態が長寿命化することも見出した。このヘテロ接合ナノチューブは、高効率な光電変換機能にとって理想的な構造と言え、有機ヘテロ接合界面で起こる物理化学過程を基礎科学的に理解する上でも格好のモチーフを提供するものと期待される。関連研究として、特異な三次元構造を有する新たな有機半導体のモチーフの開発についても検討を行った。例えば、高密度のπ電子を有し、長さ数ナノメートルのシリンダー構造として特徴付けられるオルトフェニレンオリゴマーの合成に初めて成功し、その構造特性を明らかにした。さらに、その一次元の光伝導特性について検討を行ったところ、鎖長が長くなるにつれて分子内の光伝導度が向上し、高次オリゴマーにおいて、1.0cm^2/Vsを超える高いキャリア移動度を有することを見出した。
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