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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of electronic structure and charge generation mechanism at photoelectric conversion disordered interface

Research Project

Project/Area Number 15H06636
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

赤池 幸紀  東京理科大学, 理工学部物理学科, 助教 (90581695)

Project Period (FY) 2015-08-28 – 2017-03-31
Keywords有機ヘテロ界面 / 有機太陽電池 / 光電子分光 / 界面構造 / 構造不均一性
Outline of Annual Research Achievements

平成28年度は、有機ヘテロ界面の電子構造及び界面構造についての理解が進む、キーとなる研究成果が出始めた。昨年より推進しているPCBM/6T界面の電子構造はPCBMの側鎖の配向が大きく影響していることを見出した。より具体的には、千葉大学吉田弘幸教授との協力により、準安定励起原子電子分光(MAES)で基板加熱後にPCBM膜表面に側鎖が露出し、表面双極子層が形成されることが示唆された。それに伴い、PCBM薄膜表面の表面エネルギーが上昇し、PCBM薄膜に堆積した6T層の結晶ドメインがより大きく成長することが分かった。PCBM/6T界面の形成初期では、6TがPCBMとの相互作用によりface-on配向をとるが、6Tの被覆率が増加するにつれてend-on配向をとった結晶ドメインが形成することが分かった。電子準位接続はPCBMのアニールに依存せず、6Tの積層に伴いポテンシャル下がるが、静電ポテンシャル計算の結果、熱力学平衡を仮定した場合に起きる電子移動で説明できることが分かった。
一方、私が前職から研究を進めているF16CuPc/6T積層界面については、X線回折(XRD)と走査トンネル顕微鏡(STM)で厚膜および単分子層レベルでの構造解析を行った。シリコン基板に形成したF16CuPc edge-on配向膜の上に6Tを積層すると、F16CuPcおよび6Tの回折ピークは観測されなくなる。これは構造無秩序化明らかに裏付ける。しかし、蒸着順序を逆にすると、どちらの分子層の格子面間隔とも狭くなる傾向にある。界面における分子再配向などが原因であると考えられるが、詳細な測定を現在進めている。また、物質材料機構の若山グループとの共同で、分子スケールにおける構造無秩序化の様子をSTMでもとらえつつある。

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。

  • Research Products

    (10 results)

All 2017 2016 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] An autonomous actuator driven by fluctuations in ambient humidity2016

    • Author(s)
      H. Arazoe, D. Miyajima, K. Akaike, F. Araoka, E. Sato, T. Hikima, M. Kawamoto, T. Aida
    • Journal Title

      Nature Materials

      Volume: 15 Pages: 1084-1089

    • DOI

      10.1038/nmat4693

    • Peer Reviewed
  • [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
    • Journal Title

      Advanced Functional Materials

      Volume: 26 Pages: 2493 - 2502

    • DOI

      10.1002/adfm.201504680

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A comprehensive and unified picture of energy-level alignment at interfaces with organic semiconductors2016

    • Author(s)
      K. Akaike, M. Oehzelt, G. Heimel, N. Koch
    • Journal Title

      Proceedings of SPIE

      Volume: 9941 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1117/12.2236848

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 有機ヘテロ界面における電子準位接続2016

    • Author(s)
      赤池 幸紀
    • Journal Title

      応用物理

      Volume: 85 Pages: 776-782

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] PC61BMの結晶性の違いによるPC61BM / α-6T界面の膜形態と電子構造2017

    • Author(s)
      熊井 拓実、赤池 幸紀、布施 拓也、出窪 俊祐、大西 瞭、田子 達寛、樫本 祐生、沼田 千尭、大内 駿、吉田 弘幸、金井 要
    • 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)
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] グラファイト上に成長したフラーレン薄膜の形態相図2017

    • Author(s)
      佐藤 利磨、田中 智尉、赤池 幸紀、金井 要
    • 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)
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] Energetic landscape correlated with interface structure at organic heterojunctions2016

    • Author(s)
      Kouki Akaike, Takumi Kumai, Takuya Fuse, Kaname Kanai
    • Organizer
      Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications
    • Place of Presentation
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県・岡崎市)
    • Year and Date
      2016-11-23 – 2016-11-25
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] P3HT:PC61BM 混合膜内の P3HT の電子構造2016

    • Author(s)
      布施拓也、赤池幸紀、 熊井拓実、 出窪俊祐、 金井要
    • 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)
    • Year and Date
      2016-09-13 – 2016-09-16
  • [Presentation] 静電ポテンシャル計算と光電子分光を併用した有機ヘテロ界面の解析2016

    • Author(s)
      赤池 幸紀
    • Organizer
      応用物理学会 有機分子・バイオエレクトロニクス分科会 研究会
    • Place of Presentation
      天童ホテル(山形県・天童市)
    • Year and Date
      2016-06-08 – 2016-06-09
  • [Remarks] 東京理科大学 教員プロフィール

    • URL

      https://www.tus.ac.jp/fac_grad/p/achievement.php?6b7b

URL: 

Published: 2018-01-16  

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