有機薄膜太陽電池への応用を目指した新規π共役化合物の創製

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本研究の目的は有機薄膜太陽電池におけるアクセプター材料への応用を指向した新規π共役化合物の創製である．現在，有機薄膜太陽電池においてフラーレン誘導体以外で良好な特性を示すアクセプター材料の種類は限られており，材料設計の指針となる分子構造，物性，およびデバイス特性との関係について明らかとすることが至要な課題となっている．該研究員は前年度までに，ベンゾチアジアゾールを電子求引性ユニットとするアクセプター材料を用いて薄膜のロンドン分散力と光電変換特性との関係性を明らかとした．そこで本年度は，屈曲したナフトジチアジアゾールを電子求引性ユニットに用いたアクセプター材料を設計し，その薄膜物性と太陽電池特性について評価を行った．その結果，該材料はベンゾチアジアゾールをベースとした材料と同様に大きなロンドン分散力を示したが，その太陽電池特性は低い水準に留まった．これらの材料に対して薄膜物性を解析した結果，電荷分離を担う電子求引性ユニットがドナー/アクセプター界面近傍に配列している事が重要であると示唆された．本結果をもとに，当該研究課題当初の開発構想であった立体的構造を特徴とするアクセプター材料の開発を推進した．具体的には，ペリレンジイミドを電子受容性ユニットに使用し，分子中央ユニットとしてピレンやテトラフェニルメタン，スピロビフルオレンを有する材料を設計し，電子受容性ユニットがアクセプター相界面に露出しやすい新規アクセプター材料の創製を試みた．実際にこれらのアクセプター材料の薄膜を作製し，その表面自由エネルギーを見積もったところ，大きなロンドン分散力を示したアクセプター材料はいずれも良好な太陽電池特性を示した．本研究で明らかとした分子の薄膜界面における分子配列と太陽電池特性の関係は，新規アクセプター材料の設計において重要な情報を提供するものである．