特異な非平面形状を有する電子輸送材料を開発～ペロブスカイト太陽電池の低コスト化と次世代スピントロニクスへの利用に期待～

研究者情報

概要

　名古屋大学大学院工学研究科の福井 識人 准教授らの研究グループは、京都大学化学研究所の若宮 淳志 教授、中村 智也 准教授、梶 弘典 教授、京都大学大学院工学研究科の浦谷 浩輝 助教、東京都立大学大学院都市環境科学研究科の石割 文崇 准教授と共同で、「キラルX形」という特異な分子形状を有する電子輸送材料を開発しました。

　電子輸送材料はさまざまな有機電子デバイスの基本的な構成要素です。特に、次世代太陽電池として期待されるペロブスカイト太陽電池では、溶液塗布によって成膜が可能な電子輸送材料が必要です。現在はこのような材料としてフラーレン系電子受容体が広く用いられています。しかし、フラーレンは材料コストが高いことと分子の設計性が限られていることが課題でした。加えて、近年ではキラルな有機分子が片方のスピン状態を有する電子だけを選択的に流す現象（キラル誘起スピン選択性）を示すことが分かり、次世代スピントロニクスへの応用が期待されています。しかし、優れたスピン選択率を示す電子輸送材料は限られており、新材料の探索が求められています。

　本研究では、グループが独自に開発した8の字型π共役分子（CBBC）の変換によって新規電子輸送材料を開発しました。この電子輸送材料は、「キラルX形」という複雑にねじれた分子形状を有するにもかかわらず、分子内結合開裂法という独自の合成技術を基盤として、高価な原料を用いずに、簡便に合成が可能です。重要なことに、今回開発した材料を電子輸送層として含むペロブスカイト太陽電池素子は、汎用されるフラーレン系材料から成る素子に匹敵する光電変換効率を示しました。さらに、同材料は優れた選択率でキラル誘起スピン選択性を示しました。本成果は、CBBCが電子輸送材料の基本骨格として有効であることを実証するものであり、次世代材料を開発する上で重要な技術基盤を与えます。

　本研究成果は、2026年8月26日（現地時間）付で国際学術誌『Angewandte Chemie International Edition』に掲載されました。

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