共役ポリマーは、軽量性、柔軟性、溶液加工性などの利点を持ち、熱電変換やフレキシブルエレクトロニクス分野で広い応用展望を示しています。ドーピングは高導電率を実現するための重要な戦略ですが、単一分子ドーピングではキャリア濃度と構造の秩序性の両立が困難な場合が多いです。本研究では、ポリ(3-ヘキシルチオフェン-2,5-ジイル)（P3HT）をモデル体系として、(2,3,5,6-テトラフルオロ-7,7,8,8-テトラシアノ-p-ベンゾキノンジメタン）（F4TCNQ）を事前にポリマーに導入し、その後FeCl₃による酸化還元深度ドーピングを行う順次二重ドーピング戦略を提案しました。結果は、F4TCNQによる事前ドーピングによりポリマーのアルキル側鎖間距離が拡大しつつポリマー構造の秩序性が保持され、後続のFeCl₃の拡散と電荷移動のための有利なチャネルが構築されることを示しました。第二回のFeCl₃ドーピングによってより強い酸化性を持つFeCl₃が部分的にF4TCNQを置換し、順次二重ドープ膜は高い結晶性秩序を維持しながら、より緻密なπ-π積層距離と安定した分子配向を実現しました。順次二重ドーピングはポラロンからバイポラロンへの転換傾向を促進し、スピン濃度を低下させる一方で、キャリア濃度と移動度は単一ドーピング系よりも高くなりました。最適条件下で、順次二重ドーピングされたP3HT膜の導電率は595.9 S/cmに達し、単一FeCl₃ドーピング膜および単一F4TCNQドーピング膜のそれぞれ10.6倍および9.4倍となりました。本研究で提案した「まず構造最適化、次に深度ドーピング」戦略は、共役ポリマーの高導電率実現に効果的な手法を提供します。

共役ポリマー;ポリ(3-ヘキシルチオフェン-2,5-ジイル);順次二重ドーピング;F4TCNQ;FeCl₃