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~

2026-08-28 名古屋大学

名古屋大学、京都大学、大阪大学、東京都立大学などの研究グループは、独自の結合開裂法を用いて、特異な「キラルX形」の分子構造を持つ非フラーレン系n型有機半導体を開発した。新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、従来広く利用されるフラーレン系材料に匹敵する光電変換性能を示した。フラーレン系材料は高コストで分子設計の自由度が限られるのに対し、本材料は高価な原料を使わず比較的簡便に合成できる点が特徴である。さらに、キラル分子が特定のスピン状態の電子を選択的に輸送するキラル誘起スピン選択性(CISS)も優れた選択率で示した。これにより、ペロブスカイト太陽電池の低コスト化だけでなく、電子の電荷とスピンを利用する次世代スピントロニクス材料としての応用も期待される。

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~

<関連情報>

X字型キラル非フラーレンn型半導体:ペロブスカイト太陽電池への応用とキラリティ誘起スピン選択性 An X‑Shaped Chiral Non‑Fullerene n-Type Semiconductor: Application in Perovskite Solar Cells and Chirality‑Induced Spin Selectivity

Yuki Sakamoto, Koki Otsuka, Kuraudo Ishihara, Shuang Li, Ai Shimazaki, Megumi Haramatsu, Junichiro Hirano, Juntaro Nogami, Hiroshi Shinokubo, Hiroki Uratani ,…
Angewandte Chemie International Edition  Published: 26 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.9296585

ABSTRACT

The development of a new building block for creating solution-processable amorphous n-type semiconductors provides a platform of fundamental importance for advanced organic electronic materials. We have recently demonstrated that oxidative inner‑bond cleavage of readily available dibenzo[g,p]chrysene affords a chiral figure‑eight macrocycle that bears electron‑withdrawing carbonyl groups, namely cyclobisbiphenylenecarbonyl (CBBC). In this study, we report a highly electron‑accepting derivative of CBBC (CBBC‑TIC), in which the CBBC core is connected to four electron‑withdrawing dicyanomethylene‑3‑indanone (IC) units via thiophene spacers. The distinctive X‑shaped molecular structure of CBBC‑TIC enables the solution-process fabrication of a homogeneous amorphous film with good electron conductivity. Perovskite solar cells that contain CBBC‑TIC as the electron-transport layer achieved a power conversion efficiency of 20.6%, which is comparable to that obtained with the benchmark fullerene derivative [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM). Furthermore, the enantiomers of CBBC-TIC exhibited spin-selective electron transport arising from the chirality-induced spin-selectivity (CISS) effect, with remarkably high enantiospecific magnetic conductance asymmetry values of up to 80% in amorphous films. These findings demonstrate that CBBC represents a versatile molecular component for the creation of advanced non‑fullerene n-type semiconductors.

0403電子応用
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