ァニオン交換を用いた新規ドーピング手法による高分子半導体の伝導特性と熱耐久性の向上

摘要

高分子半導体の高効率な分子ドーピングは熱竈素子への応用など注目を集めている。我々は分子ドーピングの効率および熱耐久性を高める「ァニオン交換ドーピング」という新たなコンセプトを発表する。本研究ではPBTTT薄膜のドーピングをF4TCNQドーパント溶液への浸漬により行った。ここで、イオン性化合物であるEMIM-TFSIが溶液中に存在する場合には、PBTTT薄膜中のF4TCNQラジカルァニオンがTFSIァニオンに自発的に100%に近い効率で交換されることを光吸収、FT-IR、 ESR測定から確認した。さらに、用いるイオン性化合物の選択によってイオン間相互作用を適切に制御すると、ァニオン交換ドーピングによるエネルギー利得を操作することができ、ドーピングの効率を向上させることが可能であることが分かった。配向化手法を施したPBTTT薄膜の場合には、電気伝導度は1000 S/cmを超える値を示した。強いド一ピング材料は耐久性に問題がある場合が多いが、このドーピング手法では安定なァニオン種を高分子半導体に格納することができるため、ドープ膜の熱耐久性を大きく向上できることも判明した。