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極微量ドーピング有機薄膜太陽電池の開発

Research Project

Project/Area Number 15J07188
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Applied materials
Research InstitutionThe Graduate University for Advanced Studies

Principal Investigator

大橋 知佳  総合研究大学院大学, 物理科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords有機半導体 / ドーピング / ホール効果 / 有機トランジスタ / 太陽電池
Outline of Annual Research Achievements

2016年度は、有機単結晶への極微量ドーピング効果について基礎的に解明するため、有機FETによる移動度評価に取り組んだ。有機単結晶にはルブレンを、ドーパントにはアクセプターとして塩化鉄を用いた。ルブレン分子を低速で蒸着することで、ルブレン単結晶基板上に結晶成長させ(ホモエピタキシャル成長)、同時に回転円板シャッターを用いた極超低速蒸着技術を駆使して、塩化鉄を蒸着し、ルブレン単結晶膜にドーピングした。今回、FET移動度(μFET)の温度依存性を測定することで、ドーピングに伴って形成される欠陥がトラップとして働き、有機単結晶のドーピング効率を低下させていることを明らかにした。ドーピング濃度を0から500 ppmまで増大していくと、μFETは0.52から2.3 x 10-3 cm2V-1s-1まで減少した。さらに25から50℃の温度領域において、Arrhenius型の温度依存性を示した。今回、観測したμFETは、正孔がトラップに滞在する時間を含んだドリフト移動度と見なせ、傾きからトラップの活性化エネルギー(Ea)を算出できる。500 ppmではEa = 0.37 eVと決定でき、Eaはアクセプター準位よりもかなり深い位置にあることが分かった。塩化鉄1分子のドーピングに対して、格子欠陥に由来するトラップが9割以上の割合で形成され、発生した正孔を捕獲するため、ドーピング効率が低下するモデルを提出した。有機単結晶に効率良くドーピングするためには、トラップを抑制しながらドーピングできる作製方法(アニール処理等)や新たなドーパントの開発がさらに必要であるという知見を得ることが出来た。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2017 2016 2015 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Hall Effect in Bulk-Doped Organic Single Crystals2017

    • Author(s)
      C. Ohashi, S. Izawa, Y. Shinmura, M. Kikuchi, S. Watase, M. Izaki, H. Naito, and M. Hiramoto
    • Journal Title

      Adv. Mater.

      Volume: 29 Issue: 23 Pages: 1605619-1605619

    • DOI

      10.1002/adma.201605619

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effects of Doping at the ppm level in Simple n+p-Homojunction Organic Photovoltaic Cells2015

    • Author(s)
      Chika Ohashi, Yusuke Shinmura, Masayuki Kubo, Masahiro Hiramoto
    • Journal Title

      Organic Electronics

      Volume: 27 Pages: 151-154

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] ドーピングしたホモエピ-ルブレン単結晶のFET移動度2017

    • Author(s)
      大橋知佳、伊澤誠一郎、新村祐介、平本昌宏
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ドーピングしたホモエピ-ルブレン単結晶におけるHall効果2016

    • Author(s)
      大橋知佳、新村祐介、渡瀬星児、伊崎昌伸、内藤裕義、平本昌宏
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京都目黒区
    • Year and Date
      2016-03-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of Doping at the ppm level in Simple n+p-Homojunction Organic Photovoltaic Cells2016

    • Author(s)
      Chika Ohashi, Yusuke Shinmura, Masayuki Kubo, and Masahiro Hiramoto
    • Organizer
      KJF-ICOMEP 2016
    • Place of Presentation
      Fukuoka(Japan)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ルブレン-ホモエピ単結晶とアモルファス膜におけるドーピング効率2016

    • Author(s)
      大橋知佳、新村祐介、伊澤誠一郎、平本昌宏
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ドーピングしたホモエピ-ルブレン単結晶におけるHall効果2016

    • Author(s)
      大橋知佳、新村祐介、渡瀬星児、伊崎昌伸、内藤裕義、平本昌宏
    • Organizer
      第7回有機分子・バイオエレクトロニクスの未来を拓く若手研究者討論会
    • Place of Presentation
      舞阪文化センター(静岡県・浜松市)
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ppm-Doping Effects in the Simplest n+p-Homojunction Organic Photovoltaic Cells2015

    • Author(s)
      Chika Ohashi, Yusuke Shinmura, Masayuki Kubo, Masahiro Hiramoto
    • Organizer
      2015 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      2015-11-30
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 100 ppm Doping Induced Photocurrent Enhancement in Photoactive Organic Co-deposited Layer2015

    • Author(s)
      Chika Ohashi, Yusuke Shinmura, Masayuki Kubo, Masahiro Hiramoto
    • Organizer
      E-MRS 2015 Spring Meeting
    • Place of Presentation
      Lille, France
    • Year and Date
      2015-05-11
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 有機単結晶エレクトロニクスの扉を開く ―ドーピング有機単結晶のホール効果測定に世界で初めて成功―

    • URL

      https://www.ims.ac.jp/news/2017/04/18_3649.html

    • Related Report
      2016 Annual Research Report

URL: 

Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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