フラーレン・PCBM・修飾フラーレン

PCBMフラーレン誘導体化合物

メタノフラーレンの一種であるフェニルC₆₁酪酸メチルエステル（[60]PCBM）は、溶液処理が可能な、最も実用的なn型有機半導体の一つです。[60]PCBMは、p型共役ポリマーと混合して有機太陽電池（OPV）を作成するのに最もよく使われるn型半導体です^1,2,6。また、光検出器⁷や有機電界効果トランジスタ（OFET）³など、他の応用にも期待できます⁸。

PCBMは、MDMO-PPV、MEH-PPV、P3HTなどの優れたp型半導体と同じ有機溶媒に溶解します（表3）。このため、混合液の調製も、ヘテロ接合太陽電池やOFET作製用の溶液の調製も容易です。PCBMの高い電子親和性によって、バイアスをかけられた薄膜OFETの金属電極からの場合と同様に、p型ポリマーから効率の良い光誘起性電子移動が起こります⁴。PCBMを用いたバルクヘテロ接合太陽電池では、最大約4.4%の電力変換効率が報告されています⁵。

薄膜有機エレクトロニクス素子の作製は複雑で、わずかな分子構造の違いが膜の形態や電荷輸送に非常に大きな影響を及ぼします。アルドリッチでは、溶解性や電子的特性を変えるために側鎖を化学的に変更した[60]PCBM化合物だけでなく、高次フラーレン（C₇₀およびC₈₄）をベースにしたさまざまなタイプのPCBM誘導体化合物（表1）を販売いたしております。表2には代表的なPCBM化合物の物性を記載しました。

PCBMやP3HTをはじめとする有機半導体を用いた有機薄膜太陽電池の基礎と作製方法を、東京大学の松尾豊先生に解説していただきました。弊社季刊誌「材料科学の基礎 No.4　有機薄膜太陽電池の基礎」をご参考ください。また、「有機エレクトロニクスにおけるn型半導体フラーレン誘導体」と題した、Jan C. Hummelen教授（フローニンゲン大学）のレビューもあわせてご覧ください。

表1：PCBMフラーレン誘導体化合物の一覧 （n型低分子有機半導体の最新製品リスト）

表2：PCBM誘導体の特性¹³

表3：p型およびn型有機半導体の伝導帯（LUMO）および価電子帯（HOMO）エネルギー^2,3

Reference

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