導電性高分子-フラーレン複合体の分子複合界面制御と光電デバイス応用に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15656088
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 藤井 彰彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80304020)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾崎 雅則 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (50204186) ; 吉野 勝美 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70029205)
• Keywords: 導電性高分子 / フラーレン / 光誘起電荷移動 / 相互浸透界面 / 太陽電池 / 光電変換 / ポリ(3-アルキルチオフェン) / C_<60>

Research Abstract

本研究では、分子複合界面をミクロンオーダーさらにはナノサイズで制御する技術を開発、導入することで、導電性高分子-フラーレン複合体光電デバイスの飛躍的な性能の向上を目指すと共に、次世代有機電子デバイスの提案することを目的としている。具体的には、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン骨格といったπ電子共役系が高度に発達し、高い光電変換特性を示す導電性高分子と、C_<60>、C_<70>等のフラーレン及びフラーレン誘導体、さらにはカーボンナノチューブを用いた光電変換素子の作製において、分子複合界面の制御を行った。その結果を以下にまとめる。
(1)導電性高分子-フラーレン複合体のヘテロ接合界面におけるミクロンオーダーの分子複合界面の制御として、フォトリソグラフィーの微細加工技術を応用し、構造的な断面積の増大を行なった。微細加工の方法としては、従来のフォトリソグラフィー法を改良し、導電性高分子に最適な条件を明らかにした。さらに感光性を有する導電性高分子に関しては、直接露光による微細加工が可能であることから、その最適条件を見出した。
(2)導電性高分子-フラーレン複合体のヘテロ接合界面におけるサブミクロンオーダーの分子複合界面の制御として、ラビング法によるランダム形状化、側鎖に光機能性置換基を有する導電性高分子を用いた二光束干渉法による周期的形状化を導入した。
(3)フラーレン蒸着膜上に導電性高分子をスピンコートすることにより、100nm以下の凹凸形状をもったヘテロ接合が形成されることを見出し、導電性高分子-フラーレン相互浸透界面の作製について最適条件を見出した。
(4)上記の手法による分子複合界面制御を行なった薄膜を用いて、光電デバイスの作製を行ない、光学的性質、電気的性質、光電変換特性等の特性評価を行なった。導電性高分子-フラーレン相互浸透界面では反射率が大幅に低下することが明らかになり、光電変換効率についても大幅に政善され約1%が得られた。

Research Products

• [Publications] T.Umeda et al.: "Dependence of Optical Properties of Mono- and Di-substituted Polyacetylenes on Substituent"Synthetic Metals. 135-136. 385-386 (2003)
• [Publications] Y.Nishihara et al.: "Second-order Process of Photocurrent in Conducting Polymer"Synthetic Metals. 135-136. 319-320 (2003)
• [Publications] Y.Nishihara et al.: "Time-Resolved Study of Fullerene Doping Effects on Photoluminescence and Photoconductivity of Poly(3-alkylthiophene)"Japanese Journal of Applied Physics. 42. 1788-1793 (2003)
• [Publications] T.Umeda et al.: "Improvement of Characteristics of Organic Photovoltaic Devices Composed of Conducting Polymer-Fullerene Systems by Introduction of ZnO Layer"Japanese Journal of Applied Physics. 42. L1475-L1477 (2003)
• [Publications] 白川友樹ら: "導電性高分子/C_<60>ヘテロ接合素子における高効率光電変換特性"電子情報通信学会論文誌. J86-C. 1366-1367 (2003)
• [Publications] T.Shirakawa et al.: "Effect of ZnO Layer on Characteristics of Conducting Polymer/C_<60> Photovoltaic Cell"Journal of Physics D : Applied Physics. 37. 847-850 (2004)
• [Publications] 吉野勝美, 藤井彰彦: "ナノ・IT時代の分子機能材料と素子開発"株式会社エヌ・ティー・エス. 15 (2004)