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PCBMライブラリー

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PV電池やOFET作成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で製作したバルクヘテロ接合のPV電池では、最大約4.4%という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。シグマアルドリッチでは、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誘導体だけでなく、高次フラーレン（C70およびC84）をベースにした[60]PCBM類似化合物を含むPCBMのライブラリーを取り揃えております。表1および表2をご参考ください。

表1：シグマ アルドリッチのPCBMライブラリー
製品番号 製品名 構造式 用途
704326 [6.6] Diphenyl C62 bis(butyric acid methyl ester)(mixture of isomers), Bis[60]PCBM,
99.5%		 bis[60]PCBM構造式 溶解性のn-チャネル有機半導体で、polymer:fullereneバルクへテロ結合型太陽電池に使用されました21。Bis[60]PCBMのLUMOがPCBMよりも100meV高いことで、P3HTとBis[60]PCBMベースの太陽電池の開放電圧が高い曲線因子（FF）と電流密度のまま、0.73V高くなります。
684430 Phenyl-C61-Butyric-Acid-Methyl Ester, [60]PCBM,
99% (scale-up grade)		 [60]PCBM構造式 最も有名なPCBM化合物です。有機溶媒に溶解可能で効果的なn型半導体で、用途は有機太陽電池（OPV）、薄膜トランジスタ（OFET）、および光検出器などです6-8。
684449 Phenyl-C61-Butyric-Acid-Methyl Ester, [60]PCBM,
99.5% (research grade)
684457 Phenyl-C61-Butyric-Acid-Methyl Ester, [60]PCBM,
99.9% (for exploratory work)
684465 Phenyl-C71-Butyric-Acid-Methyl Ester, [70]PCBM, 99% [70]PCBM構造式 [70]PCBMは、[60]PCBMと比較して可視領域光の吸収が高く、特にMDMO-PPV（546461）のようなバンドギャップが大きい電子供与体と組み合わせること、OPVでの集光性が向上します9。
684473 Phenyl-C85-Butyric-Acid-Methyl Ester, [84]PCBM, 99% [84]PCBM構造式 [84]PCBMは、入手可能なPCBMの中で可視領域を最もよく吸収し、電子受容能が最も高いPCBMです。また、LUMOが非常に低いので、OFETへの利用が有望視されています10。
685321 Phenyl-C61-Butyric-Acid-Butyl Ester, PCBB, [60]PCB-C4 , > 97% PCBB構造式 PCBBは[60]PCBMよりわずかに溶解性が高いため、膜の形態が改善され、特定の有機溶媒（THF、p-キシレン）から析出したOPV素子の性能が向上します11。
684481 Phenyl-C61-Butyric-Acid-Octyl Ester, PCBO, [60]PCB-C8 , 99% PCBO構造式 有機溶媒および混合物中の一般的な電子受容体および捕捉剤への応用に適した、溶解性の高いPCBMです。
688215 Thienyl-C61-Butyric-Acid-Methyl Ester, [60]ThCBM, 99% [60]ThCBM構造式 P3HT（698989）などのポリチオフェンp型半導体と最もよく混ざるように最適化されたPCBM誘導体です12。
684503 Pentadeuterophenyl-C61-Butyric-Acid-Methyl Ester, d5-PCBM, 99% d5-PCBM構造式 膜形態の分光学的研究（例：SIMS）および薄膜有機素子中で拡散させるために同位体で標識化されたPCBMです。
表2：PCBMの特性13
[60]PCBM [70]PCBM [84]PCBM [60]ThCBM
製品番号 684430、684449、684457 684465 684473 688215
第一還元電位, E1/2 (V) -1.078 -1.089 -0.730 -1.08
溶解性 (mg/ml) トルエン 10 20 - 5
p -キシレン 5 10 - 5
クロロベンゼン 25 40 - 10
クロロホルム 25 30 - 20
o -ジクロロベンゼン（ODCB） 30 70 - 20
モル吸光係数
（ mol-1・cm-1）		 400nm 4,900 19,000 28,000
650nm <1,000 2,000 4,000
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
化合物名 製品番号 LUMO HOMO 溶媒
MDMO-PPV （p-type） 546461 -2.8eV -5.0eV クロロホルム
クロロベンゼン
ジクロロベンゼン
トルエン
MEH-PPV （p-type） 541443（平均分子量（Mw） 40,000 - 70,000）
541435（平均分子量（Mw） 70,000 - 100,000）
536512（平均分子量（Mw） 150,000 - 250,000）		 -3.2eV -5.4eV
P3HT （p-type） 445703（regioregular）
510823（regiorandom）
698989（electronic grade）		 -3.3eV -5.0eV
PCBM （n-type） 684430（99%）
684449（99.5%）
684457（99.9%）		 -3.7eV -6.1eV

フラーレン誘導体

フラーレン（C60）関連材料は、その独自の化学的性質と物理的性質で、応用科学と基礎科学の進歩に貢献し続けています。フラーレンは優れた電子受容体として知られており、化学修飾を施すことで有機溶媒での溶解性を向上させることができます。このような可溶性フラーレン誘導体は、最良のn型有機半導体の一つとして知られています14。さらに、フラーレンを電子供与性または光活性を持つ高分子と共有結合でつないで作った分子ヘテロ接合は、本質的なp/n型半導体や、生物学的な光合成を模倣した「人工光合成」としても有望です15。弊社では、フラーレン誘導体製品もご用意しております。（表4）

共有結合でつながったC60と電子供与体のヘテロ接合は、有機ポリマーとC60混合物中の3次元的な分子構成を制御して、太陽電池の性能をさらに向上させるために使用されます16。多くの優れた分子ヘテロ接合は、分子またはポリマーのp型共役系と共有結合したN -メチルフラーロピロリジン（MP- C60）をベースにしています17。シグマ アルドリッチでは、非置換のMP- C60電子受容体（製品番号668184）をご用意しています。この化合物は、C60と電子供与体の共役に関する研究において、分光法および酸化還元の基準として使用されます18,19。MP-C60をn型半導体材料として有機半導体素子に組み込む研究も行われています20。さらに、お客様独自の機能性C60高分子を作るビルディングブロックとして使用可能な、C60とカルボキシル基の組み合わせもご用意しています。

表4：フラーレン誘導体製品一覧
製品番号 化合物名 構造式
668184 N-methylfulleropyrrolidine (MP-C60) MP-C60構造式
658847 (1,2-methanofullerene C60)-61-carboxylic acid 658847構造式
658855 tert-Butyl (1,2-methanofullerene C60)-61-carboxylate 658855構造式

References

  1. Coakley, K. M.; McGehee, M. D. Chem. Mater. 2004, 16, 4533.
  2. Thompson, B. C.; Kim, Y.; Reynolds, J. R. Macomolecules 2005, 38, 5359.
  3. Meijer, E. J.; De Leeuw, D. M. et al. Nat. Mater. 2003, 2, 678.
  4. Antopoulos, T. D.; Tanase, C. et al. Adv. Mater. 2004, 16, 2174.
  5. Li, G.; Shrotriya, V. et al. Nat. Mater. 2005, 4, 864.
  6. Gunes, S.; Neugebauer, H.; Sacriciftci, N. Chem. Rev. 2007, 107, 1324.
  7. Rauch, T.; Henseler, D.; Schilinky, P.; Waldauf, C.; Hauch, J.; Brabec, C. Proc. of the 4th IEEE Conf. on Nanotechnology 2004, 632.
  8. Anthopoulous, T.; de Leeuw, D.; Cantatore, E.; van't Hof, P.; Alma, J.; Hummelen, J.C. J. Appl. Phys. 2005, 98, 503.
  9. Wienk, M.; Kroon, J.; Verhees, W.; Knol, J.; Hummelen, J.; van Hal, P.; Janssen, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 3371.
  10. Anthopoulous, T.; Kooistra, F.; Wondergem, H.; Kronholm, D.; Hummelen, J.; de Leeuw, D. Adv. Materials 2006, 18, 1679.
  11. Zheng, L.; Zhou, Q.; Deng, X.; Yuan, M.; Yu, G.; Cao, Y. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11921.
  12. Popescu, M.; van't Hof, P.; Sieval, A.; Jonkman, H.; Hummelen, J. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 213507.
  13. Kronholm, D.; Hummelen, J. Material Matters 2007, Vol. 2 No. 3.
  14. Newman, C. R.; Frisbie, C. D. et al. Chem. Mater. 2004, 16, 4436.
  15. Functionalized Fullerene Materials: Prato, M. and Martin, N. (Eds.) J. Mater. Chem. 2002, 12, 1931.
  16. Cravino, A.; Sariciftci, N. Nat. Mater. 2003, 2, 360.
  17. Roncali, J. Chem. Soc. Rev. 2005, 34, 483.
  18. Guldi, D.; Luo, C. et al. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 455.
  19. Giacalone, F.; Segura, J. et al. Chem. Eur. J. 2005, 11, 4819.
  20. MFP is an effective electron acceptor soluble in halogenated organic solvents. See comparison of electrochemical reduction potentials of C60 and MP-C60 in ref. 19.
  21. M. Lenes, G.AH. Weltzelaer, F.B. Kooistra, S.C. Veenstra, J.C. Hummelen, P.W.M. Blom Advanced Mat. 2008, 20, 2116.

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