広島大学と京都大学は，ポリマー半導体に用いる新しいπ電子系骨格を開発し，有機トランジスタ（OFET）の電荷移動度と有機薄膜太陽電池（OPV）のエネルギー変換効率を大きく向上させることに成功した（ニュースリリース）。
ポリマー半導体は，印刷プロセスで簡便に薄膜化できる半導体であり，OFETやOPVなどの次世代の電子デバイスへの応用が期待されている。これらデバイスの高性能化において，高い電荷移動度を示すポリマー半導体の開発は重要課題の一つとなっている。
ポリマー半導体の電荷輸送性を高めるためには，ポリマー主鎖の共平面性や剛直性を高めることが重要となる。これによって，ポリマー主鎖に沿って電荷が流れやすくなるとともに，ポリマー主鎖同士が近づきやすくなるため，主鎖間でも電荷が流れやすくなる。
そのためには，ポリマーの主鎖を構成するビルディングユニットとして縮合多環（縮環）系π電子系骨格を導入することが有効。特に，チオフェンを構造末端に縮環してπ電子系骨格を拡張することで，隣接するユニットとの立体障害が軽減され，ポリマー主鎖の共平面性と剛直性が向上する。したがって、チオフェン縮環π電子系骨格の開発は，高性能なポリマー半導体を開発する上で重要な課題となっていた。
研究では，研究グループが以前に開発したπ電子系骨格である「ナフトビスチアジアゾール（NTz）」に，更にチオフェンを縮環して構造を拡張した「ジチエノナフトビスチアジアゾール（TNT）」を新たに開発した。
TNTを用いて合成したポリマー半導体（TNT系ポリマー）では，ポリマー鎖が剛直性を持つためねじれにくくなり，分子間相互作用が高まるため，ポリマー主鎖内と主鎖間でπ電子系が広がり，効率的に電荷を輸送できるようになった。
その結果，OFETでは，TNT系ポリマーの電荷移動度は，NTz系ポリマーに比べて大幅に向上し，アモルファスシリコンと同等の移動度である1.0cm2V−1s−1を超える高い値を示した。
さらに，OPVでは，TNT系ポリマーのエネルギー変換効率は，NTz系ポリマーに比べて1.3倍向上し，世界最高水準に近い17.4%という高い値を示したという。
この研究は，カーボンニュートラル実現に重要な次世代型技術として期待されるOPVの高効率化を可能にする，高性能なポリマー半導体の開発に向けた非常に重要な成果だとする。
研究グループは，今回開発したTNTを用いてさらにポリマー半導体を開発することで，さらに高いデバイス性能が期待され，これにより，IoT社会や低炭素化社会の実現に貢献することが期待されるとしている。
