ポイント
- 結合開裂法という独自の合成技術を基盤に、特異な「キラルX形」の分子形状を有する電子輸送材料を開発した。
- 本材料はペロブスカイト太陽電池の電子輸送層として機能し、汎用（はんよう）されるフラーレン系材料に匹敵する性能を示した。
- 加えて、同材料は片方のスピン状態を有する電子だけを選択的に流すことも可能で、次世代スピントロニクス材料としても期待される。
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 准教授との共同で、「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。
本研究は以下の支援のもとで行われたものです。
日本学術振興会：科学研究費助成事業 学術変革領域研究（A）「高密度共役の科学：電子共役概念の変革と電子物性をつなぐ」（JP20H05863、JP20H05867）、学術変革領域研究（A）「動的エキシトンの学理構築と機能開拓」（JP23H03947、JP20H05840、JP20H05836、JP20H05831、JP23H03976）、学術変革領域研究（A）「π分子複雑性の追究が紡ぐ機能科学」（JP25H01262、JP26H01343）、学術変革領域研究（A）「フォトキネティシズム：励起現象のマルチスケール速度論と革新的光機能」（JP26H00371、JP26H00372、JP26H00381）、基盤研究（B）「π共役分子の骨格内部の結合開裂を基盤とする新物質創製」（JP24K01467）、基盤研究（B）「材料化学アプローチによる鉛フリーペロブスカイト太陽電池の高性能化」（JP24K01607）、挑戦的研究（萌芽）「８の字型構造を有する液晶用キラルドーパントの開発」（JP24K21766）、基盤研究（A）「Sn系ペロブスカイト半導体の薄膜界面の電子・構造制御」（JP24H00481）
科学技術振興機構：戦略的創造研究推進事業 さきがけ「π共役分子の内部を探索空間とする未来材料の創製」（JPMJPR21Q7）、「界面構造制御による高感度ペロブスカイト光センサの開発」（JPMJPR25H6）、「機能団の自在配列を可能にする多面性ポリマーの創製」（JPMJPR21A2）、同事業 CREST「マルチモーダル計測に基づく光機能デバイスのマルチスケールダイナミクス解析」（JPMJCR2431）、「光電変換薄膜探索法の開発とマイクロ波誘電学理」（JPMJCR23O2）、同事業 ERATO「山本量子キラル変換プロジェクト」（JPMJER2503）、創発的研究支援事業「発想の逆転が拓く８の字型π共役分子の機能創発」（JPMJFR232G）、同事業「高度な非対称物性を発現するキラル二面性物質」（JPMJFR246J）、未来社会創造事業「SnからなるPbフリーペロブスカイト太陽電池の開発」（JPMJMI22E2）
新エネルギー・産業技術総合開発機構：「界面材料化学を基軸とする高性能オールペロブスカイトタンデム型太陽電池の研究開発」（JPNP25011）、グリーンイノベーション基金事業「設置自由度の高いペロブスカイト太陽電池の実用化開発」（JPNP21016）
理研 TRIPイニシアティブ
＜プレスリリース資料＞
- 本文 PDF（1.2MB）
＜論文タイトル＞
- “An X‑Shaped Chiral Non‑Fullerene n-Type Semiconductor: Application in Perovskite Solar Cells and Chirality‑Induced Spin Selectivity”
- DOI：10.1002/anie.9296585
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