選択置換によるポリカルバゾールの高機能化と高性能化

通过选择性取代提高聚咔唑的功能和性能

• 批准号: 16J05009
• 负责人: 柴崎 浩輔
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 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-16J05009/
• 关键词: カルバゾール; 共役系高分子; ローバンドギャップ; 有機薄膜太陽電池; 有機電界効果トランジスタ; ベンゾチアジアゾール; 可溶性

カルバゾールとベンゾチアジアゾールから構成されるD-pi-A型共重合体の基礎物性と光電変換特性に及ぼす可溶性置換基の効果を検証するために、カルバゾールの4,9位に長さや分岐点が異なる種々の可溶性置換基を導入した共重合体であるポリマーPCOC-TBTF2を合成した。基礎物性と太陽電池特性を調査し、4位に可溶性置換基を有していないPCDT2FBTと比較した。合成したポリマーのXRD分析を行った結果、カルバゾールの4位に導入した可溶性置換基の立体障害が大きくなるにつれてポリマーのpiスタッキング距離が大きくなっていることが明らかになった。また、直鎖状の可溶性置換基を有するPCOC-TBTF2は(100)、(200)、(300)面に由来すると考えられる回折ピークを示し、薄膜状態において高度な秩序構造を形成していることが明らかになった。これらの結果から、カルバゾールの4,9位に導入した可溶性側鎖がファンデルワールス力を介して効果的に作用することによりポリマー主鎖共役の共平面性を安定化し、密なpiスタックと高度な秩序構造の形成を可能にしていることが示唆された。薄膜状態においてポリマー主鎖共役間同士の密なpiスタックを形成することによりPCOC-TBTF2はPCDT2FBTよりもナローバンドギャップと優れたホール輸送能を有していた。PCOC-TBTF2 をp型半導体として用いたバルクヘテロ接合型（BHJ）有機薄膜太陽電池は5.5%の光電変換効率（PCE）を示し、PCDT2FBTのPCE（2.1%）を大きく上まわった。これらの結果から、カルバゾールの4,9位への置換基導入はポリマーの溶解性を向上させるだけではなく、自己組織化能を有するカルバゾールポリマーを得るための新たなアプローチであり、太陽電池特性を向上させる有効な手法であると結論した。

为了验证可溶取代基对D-PI-A型共聚物的基本物理特性和光电转换性能的影响，该型由甲状腺和苯甲二唑（一种聚合物PCOC-TBTF2）组成，这是一个配置物，这是各种变形的代替者，具有不同的长度和分支的位置。研究了基本特性和太阳能电池性能，并与PCDT2FBT进行了比较，PCDT2FBT在第四位没有可溶取代基。合成聚合物的XRD分析表明，聚合物的PI堆叠距离随着在卡巴唑第4个位置提出的可溶取代基的空间障碍而增加。此外，具有线性可溶取代基的PCOC-TBTF2表现出衍射峰，被认为是源自（100），（200）和（300）平面的衍射峰，并且已经发现它们在薄膜状态下形成了高度有序的结构。这些结果表明，在甲壳唑的位置4和9引入的可溶性侧链通过范德华力有效起作用，稳定了聚合物主链共轭的共平性，从而形成了密集的PI堆栈和高度有序的结构。在薄膜状态下，PCOC-TBTF2通过在共轭聚合物链之间形成密集的PI堆栈，具有狭窄的带隙和较高的孔传输能力。使用PCOC-TBTF2作为P型半导体的大量异质结（BHJ）有机薄膜太阳能电池显示出5.5％的光电转换效率（PCE），显着超过了PCE（2.1％）PCEDTT2FBT的PCE（2.1％）。从这些结果中，我们得出的结论是，在氨基唑的4和9位置引入取代基不仅提高了聚合物的溶解度，而且是一种获得具有自组装能力的甲Bazole聚合物的新方法，并且是提高太阳能电池特性的有效方法。