創発分子機能研究グループ

主宰者

主宰者名 瀧宮 和男 Kazuo Takimiya
学位 博士(工学)
役職 グループディレクター

研究室概要

有機合成化学を基盤として、新しい機能性有機分子の開発と応用を目指す。有機化合物の特徴である「分子構造・電子状態を自在に設計・合成できる」ことを活かして、有機エレクトロニクス(有機トランジスタ、有機太陽電池、導電性材料など)に応用可能な機能性分子を開発し、実際にそれらを集積化することで、スイッチング、光電変換などの有機エレクトロニクスデバイスへ応用する。最近では、世界最高レベルの高性能低分子有機半導体の開発とトランジスタ応用、塗布にプロセスにより高性能電界効果トランジスタや太陽電池に応用できる半導体ポリマーの開発などの成果を挙げている。

研究分野

化学、工学、材料科学

研究紹介

当グループでは、新規なπ電子系ビルディングユニットを開拓することで、新しい半導体ポリマーを開発している。最近、いずれも当グループのオリジナルである、ナフトジチオフェン(NDT)とナフトビスチアジアゾール(NTz)ユニットを主鎖構造にもつポリマー(PNNT-DT)を開発した。PNNT-DTは、塗布型有機薄膜太陽電池において5.5%と比較的高いエネルギー変換効率を示すものの、溶解性が低いため薄膜作製が困難であるといった問題があった。そこで、溶解性の改善のため、NDT部位にアルキル基をさらに導入したポリマー(PNNT-12HD)を合成したところ、溶解性のみならず、薄膜太陽電池の変換効率も大幅に改善されることを見出した。これは、アルキル基導入により、ポリマー主鎖のπ平面が基板上に立った配向(エッジオン配向)から、基板上に寝たような配向(フェイスオン配向)に変化し、これにより、基板面外方向のキャリア輸送能が向上したことに起因する。このポリマーの配向の劇的な変化により、変換効率は、新規に開発されたポリマーを用いた太陽電池としては極めて高い8.2%に達した。

Takimiya-fig1

アルキル化による劇的な配向変化と太陽電池特性の向上
Adapted from “J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8834–8837.” with permission (© 2013 American Chemical Society).

 

メンバー一覧

瀧宮 和男 Kazuo Takimiya

グループディレクター takimiya[at]riken.jp R

川畑 公輔 Kohsuke Kawabata

研究員

中野 正浩 Masahiro Nakano

基礎科学特別研究員

杉野 寛佳 Hiroyoshi Sugino

特別研究員

Chengyuan Wang

特別研究員

大垣 拓也 Takuya Ogaki

特別研究員

Morten Jensen

特別研究員

大塚 信彦 Nobuhiko Ohtsuka

大学院生リサーチ・アソシエイト

Johan Jean-Claude Maurice Hamonnet

実習生

田中 俊一 Shunichi Tanaka

実習生

研究紹介記事

  • 2017年03月24日 RIKEN RESEARCH Plugging leaks in printable logic
    Self-assembling thin films make it possible to produce flexible electronic devices using a single plastic transistor
  • 2016年09月30日 RIKEN RESEARCH Fluorine offers solar power boost
    Tweaking the chemical composition of polymer solar cells improves efficiency and voltage
  • 2014年04月05日 理研ニュース 塗るだけで高効率に発電できる太陽電池をつくる
    近い将来、まったく新しいタイプの太陽電池が実用化され、エネルギー問題の解決に大きく貢献するだろう。有機半導体を塗るだけでつくることができる塗布型の有機薄膜太陽電池(OPV:Organic Photovoltaics)だ。