2016 Fiscal Year Annual Research Report
新規分子配向技術を用いた液晶性有機半導体太陽電池の高性能化に関する研究
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15J00448
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
大森 雅志 大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 配向制御 / 液晶性有機半導体 / 電界効果トランジスタ / 微小角入射広角X線散乱 / 単結晶X線構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、薄膜中における液晶性有機半導体の配向制御することにより、有機薄膜太陽電池および有機薄膜トランジスタの特性向上を目的とした。平成28年度は(1)フタロシアニン誘導体の結晶多形発生のメカニズム解明、(2)バーコート法を用いて作製した薄膜中におけるフタロシアニン誘導体の配向方向及び結晶構造解析、(3)フタロシアニン誘導体配向薄膜を用いた電界効果トランジスタの作製の三点について検討を行った。また、液晶性有機半導体としてフタロシアニン誘導体を用いた。
(1)示差走査熱量測定および高温X線回折測定によりフタロシアニン誘導体の結晶相転移を観測し、その結果からフタロシアニン誘導体の結晶多形発生のメカニズムについて検討した。結晶多形発生のメカニズムは周辺側鎖の乱雑度の違いによるものであることを明らかにした。
(2)バーコート法を用いてフタロシアニン誘導体の一軸配向薄膜を作製した。作製した配向薄膜に対してSPring-8内のBL46XUにおいて微小角入射広角X線散乱法によるX線回折測定を行うことにより、その配向方向及び結晶構造に関して明らかにした。また、単結晶構造からX線回折像をシミュレーションすることに成功した。
(3)配向薄膜を用いて、電界効果トランジスタを作製したものである。素子構造を最適化することにより、ボトムゲートートップコンタクト型のトランジスタを作製した。また、電気的異方性を評価することにより、分子スタック方向へのキャリア移動度がカラム間方向に対して高いことを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度の研究計画に記載した内容についてほぼ予定通りに遂行した。
大面積の製膜が可能であるバーコート法を用いて、液晶性フタロシアニンのプラナー配向薄膜の作製に成功した。作製した薄膜をSPring-8における放射光を用いて測定し、三次元的に結晶構造を解明した。上記のSPring-8における測定は大学院生提案型課題により行ない、研究成果はApplied Physics Letters誌に掲載されている。
また、基板の表面修飾剤・電極構造の検討を行うことにより、プラナー配向薄膜を用いた、ボトムゲートートップコンタクト型のトランジスタの作製に成功している。また、密度汎関数理論を用いた電荷輸送特性の計算と同様に分子スタック方向に高いキャリア移動度を示すことを明らかとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は、以下の研究について推進する。
(A)バーコート法により作製したプラナー配向薄膜を用いてボトムゲートートップコンタクト型のトランジスタ素子を複数個作製し、素子特性のばらつきを評価することにより、フタロシアニン誘導体の分子スタック方向に高いキャリア移動度を示すことの有意性を示す。
(B)空気界面の表面エネルギーを制御することにより、フタロシアニン誘導体のホメオトロピック配向薄膜を作製する。空気界面の表面エネルギーを制御する手法の一例として、サンドイッチセル構造中にフタロシアニン誘導体を封入する手法が挙げられる。作製した配向薄膜の配向状態および結晶構造を光学顕微鏡観察およびSPring-8内の放射光を用いた微小角入射広角X線散乱により評価する。
(C)フタロシアニン誘導体のホメオトロピック配向薄膜を用いてヘテロ型の有機薄膜太陽電池を作製する。ドナー材料としてフタロシアニン誘導体、アクセプタ材料としてフラーレンを用い、正孔輸送層、電子輸送層および電極材料を検討し、変換効率を向上させる。無配向状態のフタロシアニン誘導体薄膜を用いて作製したヘテロ型の有機薄膜太陽電池と比較することにより、ホメオトロピック配向処理の有用性を示す。
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