2014年4月26日
若宮淳志 化学研究所准教授、村田靖次郎 同教授、梶弘典 同教授、福島達也 同助教、西村秀隆 同大学院生らは、独自に設計した準平面型の骨格を用いて、電荷輸送特性に顕著な異方性を示す、革新的な有機半導体材料の開発に成功しました。
本研究成果は、ドイツ科学誌「Angewandte Chemie International Edition」のオンライン版に2014年4月26日（日本時間）に掲載されました。
研究者からのコメント
若宫准教授
有机エレクトロニクスでは、デバイスの构造に応じて必要とされる电荷输送の方向が异なりますが、本研究で开発した有机半导体材料の特徴は、基板に対して垂直方向に高い电荷输送特性を必要とする有机太阳电池および有机贰尝素子の材料として有用であると注目されます。
今后は、準平面构造を用いるという分子设计概念に基づいて、有机半导体材料を进めることにより、有机太阳电池、有机无机ハイブリッド型太阳电池の高効率化（光电変换効率の向上）や、有机贰尝素子の高性能化につながるものとして大いに期待されます。
太阳电池への応用に関しては、すでに当研究室では11％を越える性能をもつ涂布型の太阳电池の作製技术をもっています。本研究で示した分子设计概念に基づいた有机半导体材料を进め、太阳电池の材料に用いることで、さらに高い光电変换効率が実现できると考えています。
概要
有机エレクトロニクス分野における共通の课题の一つに、电荷を流しやすい优れた有机半导体材料の开発が挙げられます。限られた大きさをもつ有机分子を用いて高い电荷输送特性を実现するためには、固体状态で分子の并び方（配列?配列）を制御することが重要となります。従来の有机半导体材料では、结晶性の材料には「强固な平面型」の骨格のもの、非晶质の材料には「ねじれたプロペラ型」のものが一般的に用いられてきました。これまで、结晶中での分子の配向と电荷输送特性の相间関係に関する研究は进んできていますが、太阳电池や有机贰尝素子で用いられる非晶质膜中で、分子がどのように并び、电荷输送特性にどのように影响を及ぼしているのかは依然不明确であり、分子の设计が立てにくいという状况にありました。
そこで、本研究グループは、固体中での分子の配向?配列の制御を指向した独自の骨格として「準平面型」の构造をもつ有机半导体材料を设计?开発しました。これらの分子は準平面型构造に起因して、结晶中で分子が1次元方向に完全に重なった形で分子が并ぶことがわかりました（図）。この分子の配向?配列を反映して、结晶では电荷の移动度に大きな异方性が観测されました。さらに、この分子は结晶中だけでなく非晶质膜中でも、电荷移动特性に大きな异方性を示すことを见出しました（図）。测定の结果、準平面型构造をもつ分子は非晶质でも基板に垂直方向に分子が重なった配列构造をある程度保っていることが明らかとなり、これにより高い电荷移动特性を示すことが分かりました。
この発见により、これまで不明确であった非晶质有机半导体材料开発の分子设计に新しい指针を与え、高い电荷输送特性をもつ有机半导体材料开発に道を拓くものと注目されます。また、準平面构造を用いた有机半导体材料开発を进めることにより、基板に垂直方向に高い电荷输送特性が必要とされる有机贰尝素子や有机太阳电池の飞跃的な高効率化の実现につながることが期待されます。
図：本研究成果
準平面构造により、一次元方向に密に分子が重なる。非晶质膜（アモルファス膜）でも电荷输送特性に异方性（基板に垂直方向により高い电荷输送特性）が観测された。本特徴をもつ有机半导体材料は有机太阳电池および有机贰尝素子の高効率化に有用
详しい研究内容について
準平面型の骨格を用いた革新的有機半導体材料開発に成功 －太陽電池の高効率化に期待－
掲载情报
- 日刊工業新聞（5月1日 15面）に掲載されました。
