교토대학 우에무라 타쿠시 준 교수 등의 연구그룹은 불고등사범학교(ENS)의 연구그룹과 협력하여 주기성의 세공공간을 구조 내에 갖는 다공성 물질을 이용함으로써 지금까지 유기 태양전지의 궁극적인 이상구조로 여겨져 온, XNUMX종류의 다른 분자가 규칙적이고 교대로 배열된 구조체를 만들어내는 데 성공했다.
유기 태양 전지는 빛에 의해 전자를 방출하고 플러스의 전하를 띠는 도너 분자와, 전자를 받아 마이너스의 전하를 띠는 억셉터 분자로 구성되어 있다.상호 관입형 구조라고 불리는, 도너와 억셉터가 규칙적이고 교대로 배열한 구조체는 고효율로 장수명의 전하 분리 상태를 만들 수 있기 때문에 유기 태양전지의 재료로서 궁극적인 이상 구조로 된다.그러나 일반적으로 기증자와 수용체는 무질서하게 섞여 있었고 그 서열을 정밀하게 제어하는 것은 매우 어려웠다.
연구그룹은 이전부터 고분자를 다공성 금속 착체(MOF)의 세공 공간 내에 구속함으로써 고분자 사슬의 배향 방향이나 집적수를 분자 수준에서 정밀하게 제어할 수 있는 것을 발견하고 있었다.
그 지견을 살려, 이번 연구에서는 도너 분자인 폴리티오펜을, 억셉터 분자로서 알려진 산화티탄을 포함하는 MOF 내에서 합성함으로써, 도너와 억셉터가 분자 레벨로 규칙적이고 교대로 배열한 구조체를 생성에 성공했다.그 결과, 전류의 담당자가 되는 전하의 수명은 종래의 약 1000배가 되어, 매우 불안정한 전하를 비약적으로 안정화시키는 데 성공했다.
이번 성과를 응용함으로써 유기 태양전지를 비롯한 다양한 에너지 변환 장치의 고효율화로 이어질 것으로 기대된다.
