ポルフィセンを基本骨格としたｐ型・ｎ型有機半導体材料の開発

以卟啉为基本骨架的p型和n型有机半导体材料的开发

• 批准号: 16J05324
• 负责人: 岡部 拓也
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J05324/
• 关键词: 有機半導体; 光電変換; 親水性; 疎水性; フォトトランジスタ; 相分離; ポルフィセン; 非平面構造; 二量体; 有機太陽電池; n型半導体

優れた有機光電変換デバイスの実現には，活性層を構成する有機分子が薄膜中で集合体として発現する特性を精密に制御することが極めて重要である．しかしながら，分子の集合挙動を支配する構造因子については未知の部分が多い．本研究では分子の側鎖に注目し，親水性オリゴエチレングリコール（OEG）基と疎水性アルキル基が，低分子有機半導体の薄膜モルフォロジーや太陽電池特性，フォトトランジスタ特性に与える影響を評価した．親水性置換基は，ポリマー材料において移動度や材料間の混和性改善に寄与することが報告されているが，低分子材料における知見はほとんどない．ここでは，OEG基を導入したO4-DPPとアルキル基を導入したC14-DPPとを比較した．π共役骨格や光吸収特性がほぼ同等であるにも関わらず，薄膜状態においてO4-DPPはC14-DPPに比べて0.21 eV小さいイオン化エネルギー（IE）を示し，それに伴いバルクヘテロジャンクション型太陽電池の開放電圧（VOC）が0.24 Vも低下した．X線回折測定の結果から，この差異はO4-DPPとC14-DPPの分子パッキングの違いに由来することが示唆された．また，短絡電流密度（JSC）と曲線因子（FF）にも大きな差が見られ，原子間力顕微鏡による薄膜表面の観察から，相分離挙動の違いがその要因であることが示された．さらに，フォトトランジスタ特性においても，O4-DPPとC14-DPPとで明確な光応答性に差がみられた．両者は光吸収特性や電荷移動度の差が小さいことから，光応答性の有無は光誘起キャリア生成における電極と有機半導体間のエネルギー準位に起因していると考察される．

Optimal れ た organic photoelectric variations in デ バ イ ス の be presently に は, active layer を constitute す る organic molecules で が film collection と し て 発 now す る features を precision に suppression す る こ と が extremely め て important で あ る. <s:1> ながら, molecular <s:1> set 挙 motion を dominating する construction factor に する て て て unknown <s:1> part が many ながら. This study で は molecular の side chain に attention し, hydrophilic オ リ ゴ エ チ レ ン グ リ コ ー ル (OEG) と 疎 water-based ア ル キ ル が, low molecular organic semiconductor の film モ ル フ ォ ロ ジ ー や solar cell characteristics, フ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ characteristics に and え る を appraisal of 価 し た. Hydrophilic replacement は, ポ リ マ ー material に お い て の mixture sex between mobile degrees や material to improve に send す る こ と が report さ れ て い る が, low molecular material に お け る knowledge は ほ と ん ど な い. こ こ で は, OEG を import し た m1 - DPP と ア ル キ ル base を import し た C14 - DPP と を compare し た. PI bone や light 収 absorption characteristics of total service が ほ ぼ equal で あ る に も masato わ ら ず, filminess に お い て m1 - DPP は C14 - DPP に than べ て 0.21 eV small さ い イ オ ン change エ ネ ル ギ ー (IE) を し, Youdaoplaceholder0 accompanied by それに バ ヘテロジャ ヘテロジャ ヘテロジャ ヘテロジャ ヘテロジャ ショ the <s:1> open voltage (VOC) of the <s:1> solar cell が 0.24V <s:1> low た た. Determination of X-ray inflexion の results か ら, こ の differences は m1 - DPP と C14 - DPP の molecular パ ッ キ ン グ の violations い に origin す る こ と が in stopping さ れ た. ま た, short winding current density (JSC) と curve factor (FF) に も big き な poor が see ら れ, interatomic force 顕 micromirror に よ る membrane surface の 観 examine か ら, phase separation 挙 dynamic の violations い が そ の by で あ る こ と が shown さ れ た. さ ら に, フ ォ ト ト ラ ン ジ ス タ features に お い て も, m1 - DPP と C14 - DPP と で clear な light 応 a poor sexual に が み ら れ た. Struck the は light 収 absorption properties や charge mobile の poor が small さ い こ と か ら, light 応 have a sexual の without は light induced キ ャ リ ア generated に お け る electrode と between organic semiconductor の エ ネ ル ギ ー quasi a に cause し て い る と investigation さ れ る.

项目成果

高い親水性/疎水性コントラストを活用した低分子有機光電変換層のモルフォロジー制御

利用高亲水/疏水对比度控制低分子有机光电转换层的形态

• 发表时间: 2017
• 作者: Takuya Okabe;Mitsuharu Suzuki;Hiroko Yamada
• 通讯作者: Hiroko Yamada

Synthesis of Non-planar Porphycene Dimers for New n-type Organic Semiconductors

用于新型n型有机半导体的非平面卟啉二聚体的合成

• 发表时间: 2016
• 作者: Takuya Okabe;Daiki Kuzuhara;Naoki Aratani;Hiroko Yamada
• 通讯作者: Hiroko Yamada

ジケトピロロピロール誘導体における側鎖構造と光電特性の相関

二酮吡咯并吡咯衍生物侧链结构与光电性能的相关性

• 发表时间: 2018
• 作者: 岡部拓也;鈴木充朗;荒谷直樹;山田容子
• 通讯作者: 山田容子

International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines-9

卟啉和酞菁国际会议-9

• 发表时间: 2016

Morphology Control in Small-molecule Organic Photovoltaic Layers Based on Hydrophilicity/Hydrophobicity Contrast

基于亲水性/疏水性对比的小分子有机光伏层形貌控制

• 发表时间: 2017
• 作者: Takuya Okabe;Mitsuharu Suzuki;Hiroko Yamada
• 通讯作者: Hiroko Yamada