（a）ポリマー半導体の模式図。ビルディングユニット（π電子系骨格）の構造拡張により、ポリマー主鎖の剛直性や相互作用が向上する。（b）構造末端にチオフェンを縮環することによる効果。6員環であるベンゼンを縮環したときに比べると、5員環であるチオフェンを縮環することで、立体障害が軽減されポリマー主鎖の共平面性が向上し、より剛直性や相互作用が向上する。（c）これまで用いていた縮環π電子系骨格「NTz」と本研究で開発したチオフェン縮環π電子系骨格「TNT」の化学構造出所：京都大学

　TNTを用いたポリマーPTNT2TとPTNT1-Fの物性やデバイス性能を、NTzのポリマーPNTz4T、PNTz1-Fと比較したところ、剛直性や分子間相互作用が高まっていることが判明した。

　また、TNT系ポリマー半導体を活性層とする有機トランジスタ（OFET）では、1.0cm²V^－1s^－1を超える電荷移動度を示し、NTz系ポリマー使用時よりも大幅に向上。有機薄膜太陽電池（OPV）においても、NTz系ポリマーの1.3倍となる17.4％のエネルギー変換効率を達成した。

NTzを有するポリマー半導体（PNTz4TおよびPNTz1-F）と新たに開発したTNTを有するポリマー半導体（PTNT2TとPTNT1-F）［クリックで拡大］出所：京都大学

PNTz1-FとPTNT1-Fのデバイス性能の比較。（a）OFETの電流－電圧特性。PTNT1-Fでは大幅に電流値を増大し、電荷移動度が向上した。（b）OPVセルの電流－電圧特性。PTNT1-Fでは短絡電流密度、開放電圧、曲線因子の全ての光電変換パラメーターが増大し、エネルギー変換効率が向上した出所：京都大学

　今後、TNT系ポリマーの化学構造や成膜条件、OPVのセル構造を最適化することで、エネルギー変換効率20%の達成が期待できる。また、TNTを用いた新たな有機半導体材料の合成や、さまざまな有機デバイスなどへ応用展開を進める予定だ。

⇒その他の「研究開発の最前線」の記事はこちら

シリコンエッチングプロセスの触媒として使用できるGNRの製造法を開発
京都大学は、室温で酸素ドープ型グラフェンナノリボンを合成可能な、新しい炭素細線製造法を開発した。貴金属触媒や炭素系触媒を上回る触媒活性で、シリコンエッチングプロセスの触媒として使用できる。
ペロブスカイトを用いた半導体を光学冷却させることに成功
千葉大学は、ハロゲン化金属ペロブスカイトを活用し、半導体を光で冷却させる半導体光学冷却の実証に成功した。光学冷却はオージェ再結合による限界があり、励起光強度に依存して冷却から加熱へと変化することが明らかになった。
低温下のステンレス鋼で延性を失わずに高強度化できるメカニズムを解明
京都大学らは、低温下のステンレス鋼で延性を失わずに高強度化できる手法を発見し、メカニズムを解明した。ステンレス鋼の結晶粒を1ミクロン以下に超微細化することにより、低温での延性と強度を両立できる。
フッ化物イオン導電性固体電解質の原子配列の乱れとイオン伝導経路を解明
京都大学は、フッ化物イオン導電性固体電解質のイオン伝導の仕組みを原子レベルで解明した。イオン半径が異なるCaとBaを混合したことで構造歪みが生じ、局所的にFの原子配列が乱れることが分かった。
京大にカーボンニュートラル向けの先進共同研究部門を開設
京都大学と大阪ガスは、2050年カーボンニュートラルに向けたメタネーション技術などの基礎研究を行う産学連携共同研究の拠点として、産学共同研究部門「カーボンニュートラルに向けた先進共同研究部門」を京都大学桂キャンパス内に同年4月に設置する。