2014 Fiscal Year Annual Research Report
電流計測－原子間力顕微鏡による高分子ブレンド太陽電池の光電変換特性の起源の解明
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14J01721
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
尾坂 美樹 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 電流計測AFM / 有機薄膜太陽電池 / 共役高分子 / 導電性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
提出した研究計画書にのっとり本年度は3つの成果を上げた。
A)負電荷輸送特性評価方法の開発/電極基板表面にポリエチレンイミンを塗布することで、仕事関数が小さくかつ大気中で安定な電極を作成した。これにより、電子輸送性ポリマーの導電特性を電流計測AFMを用いて評価することに成功した。今後は結晶性の電子輸送性材料の構造と電子輸送特性の関係や、電子輸送性材料と成功輸送性材料とのブレンド薄膜中での電子輸送特性に焦点を当て研究を進めていく予定である。
B)poly(3-hexylthiophene)薄膜の優れた正電荷輸送性を担うナノ導電特性の解明/優れた正電荷輸送性をもち環境安定性に優れた半結晶性共役高分子であるpoly(3-hexylthiophene) (P3HT)は、最も期待されている共役高分子材料のひとつである。P3HT結晶は非晶よりも正電荷輸送性が高いと考えられ、実際にP3HT薄膜は結晶化度が高いほど高導電性を示す。しかし、結晶化がどのように特性向上を担うかについては明らかにされていなかった。既に報告したように、電流計測AFMを用いることでP3HT薄膜の正電荷輸送性を約20 nmの解像度で画像化することに成功した。今年度は電流計測AFMにホットプレートを組み込むことで、熱アニールによりミクロな導電特性が向上する様を直接観察し、直径100 nm程度の高導電性ドメインにおいて効率よく特性向上が引き起こされていることを明らかにした。またGIWAXS測定により、膜内の結晶構造をより詳細に調べミクロな導電特性とのつながりを明らかにした。
C)光照射時の電子物性評価方法の開発/電流計測AFMの測定中にサンプル下部より光を照射できるようにした。（A）で報告した電極を負極、AFMプローブを正極として用いることで、太陽電池活性層において生成した光電流をナノメートルスケールで検出することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績の概要で述べたように現在までに3つの実績を上げた。これらは初年度に掲げた6つの課題の半数にあたり、当初の計画では2年次の中頃までに達成することを目標としたものである。これらは本研究目的を達成するうえで基礎となる手法の開発部分である。すでにこれらを用いて太陽電池活性層の光電変換機能の起源をナノ構造の観点から解明することに取り組んでおり、本研究は当初の計画以上に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下計画に従って研究を行う
1）p/nブレンド薄膜（太陽電池活性層）の相分離構造と電子物性の解明/これまでに開発した正電荷輸送特性、および負電荷輸送特性の評価方法を用い、p/nブレンド薄膜における相分離構造と電荷輸送特性とのつながりを明らかにする。
2）光照射時にナノ構造が有する電子物性の解明/（1）で明らかにした電気的構造と光電流発生とのつながりを明らかにする。
3）これらの知見をもとに材料の特性を最大限に引き出す素子構造を設計し相分離構造を最適化することにより太陽電池特性を向上させることを目指す。相分離構造の最適化には構造制御には製膜条件の制御、製膜後の熱処理、ブロックコポリマーなどを用いる。
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