有機薄膜太陽電池の高効率化を指向した新規熱変換型有機半導体材料の開発

开发新型热转换有机半导体材料，旨在提高有机薄膜太阳能电池的效率

基本信息

批准号：
16J04335
负责人：
髙橋功太郎
金额：
$ 1.09万
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

项目摘要

(1) BP誘導体を用いたOTFTの作製と移動度向上通常テトラベンゾポルフィリン(BP)は有機溶媒に対して不溶であることから，可溶性熱前駆体（CP）をスピンコートし，基板を加熱することでBP薄膜へと変換させOTFTを作製する．しかし，この手法ではBPの分子配向を制御できず、その正孔移動度(μ)も0.1 cm2/Vs程と低い．そこでBPの5,15位に置換基を導入した可溶性BP誘導体（TIPS-BP）を用いてディップコート法によりOTFTを作製したところ，規則的に分子を配列されることに成功し，μ = 1.1 cm2/Vsを達成した．この値はBPまたはその誘導体の最高値である．さらに移動度を向上させるため，シリル基のアルキル鎖を変化させた材料（A）を合成した．初期評価としてディップコート法によりOTFTを作製したところ，最高でμ= 2.8 cm2/Vs，平均でμ= 1.4 cm2/Vsと移動度をさらに向上させることに成功した．(2) 高い開放電圧を示すBP誘導体の合成とOPVへの応用BPと一般的なn型材料であるPC61BMを用いたOPV素子の開放電圧（VOC）は0.6 V程であり，最新の10%を超える低分子系OPV材料のVOC（0.9~1.0 V）と比較して低い．これは，BPの高いHOMO準位（-4.9 eV）に起因している．そこで，BPのHOMO準位を低下させ，OPVのVOCを向上させることを目指し，BPの5,15位に強い電子求引基であるトリフルオロメチル基を導入したBP誘導体（CF3BP）の合成を行った．CF3BPはBPと比較してHOMO準位が0.4 eV低下していることが大気下光電子分光法から明らかとなった．そこで初期評価として，pn型OPV素子の作製・評価を行った結果，CF3BPを用いたOPV素子のVOCは0.96 Vと高い値を示した．今後，pin型OPV素子への応用を行うことで，高い変換効率が期待できる．

（1）使用BP衍生物制备OTFT并提高迁移率，因为四苯甲培脑（BP）通常在有机溶剂中不溶于有机溶剂，可溶性热前体（CP）被旋转涂层，并且将底物加热以将其加热以将其转换为BP薄膜以产生Otfts。但是，该技术无法控制BP的分子方向，其孔迁移率（μ）在约0.1 cm2/vs时较低。因此，使用可溶性BP衍生物（TIPS-BP）通过浸入涂层来制备OTFT，其中在BP的第5和15位引入取代基，并定期排列分子，实现μ= 1.1 cm2/vs。该值是BP或其导数的最高值。为了进一步提高迁移率，将材料（a）随着海飞lel基团的烷基链的变化而合成。作为初步评估，使用浸入涂层方法制备了OTFT，并进一步提高了迁移率，最高μ= 2.8 cm2/vs，平均μ= 1.4 cm2/vs。（2）使用BP和PC61BM（一种典型的N型N型材料）合成具有高的开路电压的BP衍生物，并应用OPV的OPV OPV的OPV合成（VOC）的合成约为0.6 V，低于最新的VOC（0.9至1.0 V）的低分子量OPV材料（超过10％）。这是由于BP的高均高度（-4.9 eV）。因此，我们合成了一个BP衍生物（CF3BP），其中强有力的电子撤回基团，一个是强大的电子撤回组的三氟甲基组，在BP的5和15位置引入，旨在降低BP的同型BP水平并改善OPV的VOC。空气下光电子光谱表明，与BP相比，CF3BP的同型均高度为0.4 eV。因此，作为初步评估，我们制造和评估了PN型OPV元件，发现使用CF3BP的OPV元件的VOC在0.96 V处高。

项目成果

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专利数量（0）

Orientation, morphology, and performance of organic photovoltaics based on diketopyrrolopyrrole-linked tetrabenzoporphyrins

基于二酮吡咯并吡咯连接的四苯并卟啉的有机光伏材料的取向、形态和性能

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kohtaro Takahashi;Daichi Kumagai;Naoya Yamada;Yuji Yamaguchu;Tomoyuki Koganezawa;Daiki Kuzuhara;Mitsuharu Suzuki;Naoki Aratani;Sadahiro Masuo;Ken-ichi Nakayama;Hiroko Yamada
通讯作者：
Hiroko Yamada

2D-GIWAXDによる熱変換型有機半導体材料の分子配向と有機薄膜太陽電池性能との相関

使用 2D-GIWAXD 热转换有机半导体材料的分子取向与有机薄膜太阳能电池性能之间的相关性

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Takahashi;B. Shan;X. Xu;S. Yang;T. Koganezawa;D. Kuzuhara;N. Aratani;M. Suzuki;Q. Miao;H. Yamada;高橋功太郎，熊谷大地，山田直也，小鹿曹汰，山口裕二，小金澤智之，葛原大軌，鈴木充朗，荒谷直樹，増尾貞弘，吉本則之，中山健一，山田容子
通讯作者：
高橋功太郎，熊谷大地，山田直也，小鹿曹汰，山口裕二，小金澤智之，葛原大軌，鈴木充朗，荒谷直樹，増尾貞弘，吉本則之，中山健一，山田容子

Engineering Thin Films of a Tetrabenzoporphyrin toward Efficient Charge-Carrier Transport: Selective Formation of a Brickwork Motif