2015 Fiscal Year Annual Research Report
界面形成で生じた構造不均一化が支配する光電変換界面の電子構造・電荷生成機構の解明
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15H06636
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
赤池 幸紀 東京理科大学, 理工学部, 助教 (90581695)
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| Project Period (FY) |
2015-08-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機太陽電池 / 界面電子構造 / 有機へテロ界面 / 光電子分光 / 結晶構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度，OPVのドナー／アクセプター界面である，sexithiophene (6T)/PC61BM界面の電子構造を紫外光電子分光(UPS)とX線光電子分光(XPS)で測定し，X線回折(XRD)・原子間力顕微鏡(AFM)で界面形成の様子を明らかにした．透明電極であるインジウムスズ酸化物(ITO)基板のPC61BMスピンコート膜の秩序構造を加熱処理で制御した．PC61BM薄膜を160度で加熱することで，既報の文献通りにPC61BMが結晶化したことを面内・面外XRDで確認した．また，加熱していないPC61BM膜上では，表面が平滑な6Tのドメインが形成されるが，加熱後のPC61BM膜の上では凹凸のあるドメインが観察される．
PC61BM(加熱無し)/6T界面のUPSスペクトルでは，6Tを4.5層分蒸着しても6Tの明確なHOMOピークが出現しない．一方，PC61BM(加熱有り)/6T界面では，おおよそ単層の6Tを蒸着すると6T由来の光電子ピークが明確に観測される．前者の界面に対するXPS測定から，PC61BMのO 1sピークが6Tの蒸着量に対して指数関数的には減衰しないため，PC61BMと6Tの混合か，6Tの島状成長が示唆される．また，界面形成に伴い，PC61BMの加熱処理に関わらず，単調に仕事関数が低下し，6Tの電子準位が高束縛エネルギー側にシフトすることも分かった．これは，PC61BM/6T界面で熱力学平衡を達成するために，6T層の電子がフェルミディラック分布に従って占有されるため，HOMOから電子が引き抜かれ，正のポテンシャルが6T層に形成されたためである．なお，基礎的な検討として，HOPG/F16ZnPc/6T界面のUPS/XPS測定も行い，F16ZnPc/6T界面では極めて複雑な電子準位接続が観測された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
HOPG/F16ZnPc/6T界面で観測された非単調な真空準位シフトをITO/PC61BM(加熱無し)/6T界面でも期待していたが，観測されなかった．研究計画にある下地有機層の結晶性の違いによる界面電子構造・界面構造の違いは明らかにできたが，構造解析が十分でなく，例えば，PCBM膜上での6Tの分子配向や，F16ZnPc/6T界面における構造の詳細は分かっていない．そのため，研究計画通りに円滑に研究が進んでいるとは言い難い．
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| Strategy for Future Research Activity |
アニール前後のPC61BM膜の表面分子配向・表面エネルギーの変化や，6Tを蒸着したヘテロ構造のXRDを検討し，界面形成の詳細を調べる予定である．F16ZnPc/6T界面については，共同研究により，超高真空STMを用いた界面構造の詳細な検討を行うことになった．また，既に太陽電池作製・評価装置は立ち上げており，今後はPC61BM/6T界面を用いたOPVデバイスの評価を行い，界面電子構造との関連を探って行く予定である．関連して，来年度はOPV関連の界面における電子準位接続とキャリアダイナミクスを，過渡光起電力法などを用いて，詳細に関連付ける予定である．
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[Journal Article] Effective Work Function Reduction of Practical Electrodes Using an Organometallic Dimer2016
Author(s)
K. Akaike, M. V. Nardi, M. Oehzelt, J. Frisch, A. Opitz, C. Christodoulou, G. Ligorio, P. Beyer, M. Timpel, I. Pis, F. Bondino, K. Moudgil, S. Barlow, S. R. Marder, N. Koch
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Journal Title
Advanced Functional Materials
Volume: 26
Pages: 2493 - 2502
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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