2012 Fiscal Year Research-status Report
高効率光電変換半導体ゲルの創製と伸縮性太陽電池への挑戦
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24655175
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平田 修造 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (20552227)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 国際研究者交流 |
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| Research Abstract |
代表的なP型高分子半導体であるポリ3-ヘキシルチオフェン(P3HT)と相溶するN型の液体半導体として、長鎖アルキル基を有する液体フラーレンの合成を検討した。分岐された長鎖アルキル基の長さを調整することで、融点が45℃、22℃、-4℃の3種類のフラーレン誘導体A、B、Cを合成した。このA-Cの液体フラーレンの移動度を光電流測定により評価したところ、いずれからも室温で10-3 cm2/Vsオーダーの値が得られた。
次に合成した液体フラーレンとP3HTの混合膜の相溶性および力学物性を評価した。AもしくはBとP3HTをさまざまな配合比で混合したフィルムをキャスト法により成膜したが、その膜は固く全ての配合比で伸縮特性を示さなかった。また、融点が最も低いCとP3HTの混合膜では、Cが40 wt%以下と90 wt%以上の領域ではP3HTと相溶する挙動が確認されたが、40から90 wt%の領域では白濁しマクロな相分離状態が確認された。Cが40 wt%の濃度の膜では若干伸縮挙動が確認されたが破断歪みが20%と小さかった。この膜のDSC測定を行ったところ、融点ピークは0℃付近から70℃にかけてブロードに観測され、この融解シグナルの全領域が室温以下に存在していないことが良好な伸縮特性を示さない原因と考えられた。
Cを40 wt%含むP3HT薄膜を半透明のシングルウォールのカーボンナノチューブ電極がコートされた伸縮性基板2枚で挟み込み、光を照射させながら基板を10%の可逆伸縮繰り返した際の光電流を計測した。延伸に伴い光電流が増加し縮まることで減少する挙動が観測された。このことは、力学的な延伸による分子配向が電荷分離やキャリア輸送に対して有効に作用していることを示しており、伸縮性光電流デバイスの一つの特徴になると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
液体半導体と高分子の混合膜において室温で十分な伸縮特性を得るためには、2つの材料が相溶し、さらに混合膜の融点が室温以下に存在することが必要である。通常DSCにおいて低分子化合物の融解ピークの形状は10℃以下にわたる鋭い形状を示すが、高分子と混合すると融解ピークがブロード化し、70℃近くにわたる広温度域での融解ピークが観測された。
今回最も低融点化できたフラーレンの融点は-4℃であり、P3HTと混合させた場合、DSCでの融解に伴うピークはちょうど0℃付近から70℃までの高温度域にわたっている。25℃において十分な伸縮特性を得る場合、膜の融解ピークが観測される温度域全体が25℃以下になることが望ましく、この場合液体フラーレンの融点は-50℃以下程度に設定することが望ましいと考えられる。
今回のフラーレンの融点は-4℃であり、この融点の設計の見積もりが不十分であったことが、室温での可逆伸縮特性が得られていない原因であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
液体フラーレンを更に低融点化させるためには、フラーレンに置換された長鎖アルキル基の長さを長くするか本数を増やすことが考えられる。しかし、これらの手法は有機合成が困難であり時間を要するものと考えられる。一方で、-4℃の液体フラーレンは長鎖アルキル基のために、十分な溶解特性を示すと考えられる。そこで膜全体に相溶する低粘度の液体可塑剤を、液体フラーレンとP3HTの混合膜にさらに添加することで低融点化させるという手法により、室温で十分な伸縮特性を示す発電材料を得るという手法を優先的に進める。
その後ゲル状の伸縮光電変換材料を用いて伸縮性太陽電子を作製し、伸縮時の発電特性の解析を進める方針で開発を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
該当なし
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