Development of high-performance organic photovoltaic materials that do not require nanometer-scale phase separation

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有機薄膜太陽電池（OPV）は、有機半導体材料を用いるがゆえに、軽量かつフレキシブルにできる、印刷プロセスが適用できる、鉛などの有害物質が不要である、などの特徴をもつ。このような利点を活かして、シリコン太陽電池では困難な用途においての実用化が可能であり、次世代のエネルギーデバイスとして期待されている。しかし、変換効率が比較的低いことに加え、素子作製の低い再現性や、低い安定性などがOPVの実用化のネックとなっている。本研究では、それらの課題を克服するため、OPVの非フラーレンアクセプター（NFA）材料において、エネルギーギャップ則から生じるジレンマを克服するというアプローチにより、OPV光活性層中のナノスケール相分離構造を不要にする材料を開発することを目的としている。これまでに、チオフェン連結チエノアザコロネン（S-TAC）構造を含むNFAを報告してきた。S-TAC含有NFAは、小さなバンドギャップと長寿命一重項励起子を両立させることが分かっている。本研究では、セレノフェン連結チエノアザコロネン（Se-TAC）構造を含むNFAを新規に開発し、S-TAC含有NFAとの比較を行った。すると、Se-TAC含有NFAのOPV性能はS-TAC含有NFAと比べて大幅に低くなり、チエノアザコロネンに連結する部分の構造が重要であることがわかった。その性能低下の原因を解明するため、近赤外発光スペクトルを測定したところ、S-TAC含有NFA薄膜とは対照的にSe-TAC含有NFA薄膜は蛍光を示さなかった。このことから、Se-TAC含有NFAにおいては、熱的失活あるいは項間交差が促進されて一重項励起子が短寿命化していることが、OPV性能低下をもたらしていることがわかった。