2016 Fiscal Year Research-status Report
２次元Ｘ線回折法による有機半導体薄膜生成過程のIn-situ構造解析
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15K04647
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
吉本 則之 岩手大学, 理工学部, 教授 (80250637)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / 薄膜成長 / X線回折 / 構造解析 / 放射光 / 2D-GIXD |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機トランジスタや有機太陽電池など、有機半導体材料を用いた電子デバイスは、軽く、やわらかく、成膜に必要とするエネルギーが比較的少ないという特徴がある。また大面積デバイスなどへの応用に向けて多くの期待が寄せられている。しかしながら、有機電子デバイスの実用化のためには、活性層中のキャリアの移動度をさらに向上させるとともに、個々の素子について再現性のある安定な動作を保証する必要がある。このために、多結晶性の有機半導体薄膜中の粒界密度をいかにして減らすか、金属電極との接触抵抗をいかにして減らすか、膜中の水分等の不純物を減らし、界面に形成される構造欠陥によるトラップ準位をいかにして減少させるか、という課題がある。これらの課題を解決するために、有機分子の基板上や電極との界面における詳細な構造を解明し、有機分子の配向、配列の制御する方法を確立し、単結晶の薄膜を作製する技術を開発する必要がある。そのために、有機薄膜の蒸着過程、とりわけ第一分子層が形成される前後の初期過程の膜の構造をリアルタイムで知ることにより成膜制御に関する極めて重要な情報が得られる。
本研究では、有機薄膜形成過程の結晶成長機構を解明するため、放射光施設(SPring-8)に自作の真空蒸着装置を設置し、成膜中のリアルタイム２次元X線回折実験を行う。この方法により有機薄膜の初期層および膜の形成過程の結晶構造を解明することが可能となり、有機デバイスの特性を決定づける基板上の第１層目の構造や金属電極上の構造、さらにpn接合構造形成の過程の詳細を究明することができる。さらに、有機半導体の分子構造と成長機構の解明や結晶構造の膜厚依存性をX線回折より明らかにする。また、有機薄膜太陽電池形成過程のその場観察により、２成分系の有機半導体の結晶成長機構を明らかにし、有機電子デバイスの特性と構造の相関を解明する。
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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
２７年度に開発した、熱膨張による試料位置の変動を低減させた試料ステージを用い、２８年度は、C9-４TおよびC10－４Tのin-situ 2D-GIXDの温度依存性の測定を行った。この実験により、それぞれの有機半導体において、液晶相が存在し、液晶相を経験にすることによって有機薄膜の結晶性が向上することを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
２９年度は、計測技術の高度化を行い、有機分子薄膜形成機構の詳細な解明を目指す。前年度の課題を引き続き発展させ、有機半導体薄膜の結晶成長に及ぼす温度の効果の詳細をリアルタイム観測によって解明する。また、２元蒸着や有機p/n多層膜の形成実験や、電圧印可時の有機半導体薄膜の構造解明にも取り組む。
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[Journal Article] P-type semiconductor surfactant modified zinc oxide nanorods for hybrid bulk heterojunction solar cells2017
Author(s)
S. Ben Dkhil, M. Gaceur, W. Dachraoui, D. Hannani, S. Fall, F. Brunel, M. Wang, G. Poize, J. Mawyin, I. Shupyk, C. Martini, E. Shilova, F. Fages, T. Ishwara, J. Nelson, T.Watanabe, N. Yoshimoto, O. Margeat, C. Videlot-Ackermann, and J. Ackermann
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Journal Title
Solar Energy Materials and Solar Cells
Volume: 159
Pages: 608-616
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Square-Centimeter-Sized High-Efficiency Polymer Solar Cells: How the Processing Atmosphere and Film Quality Influence Performance at Large Scale2016
Author(s)
Sadok Ben Dkhil, Martin Pfannm, Sara Bals, Tomoyuki Koganezawa, Noriyuki Yoshimoto, Driss Hannani, Meriem Gaceur, Christine Videlot-Ackermann, Olivier Margeat, Jorg Ackermann,
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Journal Title
Adovanced Energy Materials
Volume: 6
Pages: 1600290
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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