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2017 Fiscal Year Annual Research Report

ポルフィセンを基本骨格としたp型・n型有機半導体材料の開発

Research Project

Project/Area Number 16J05324
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

岡部 拓也  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Keywords有機半導体 / 光電変換 / 親水性 / 疎水性 / フォトトランジスタ / 相分離
Outline of Annual Research Achievements

優れた有機光電変換デバイスの実現には,活性層を構成する有機分子が薄膜中で集合体として発現する特性を精密に制御することが極めて重要である.しかしながら,分子の集合挙動を支配する構造因子については未知の部分が多い.本研究では分子の側鎖に注目し,親水性オリゴエチレングリコール(OEG)基と疎水性アルキル基が,低分子有機半導体の薄膜モルフォロジーや太陽電池特性,フォトトランジスタ特性に与える影響を評価した.親水性置換基は,ポリマー材料において移動度や材料間の混和性改善に寄与することが報告されているが,低分子材料における知見はほとんどない.ここでは,OEG基を導入したO4-DPPとアルキル基を導入したC14-DPPとを比較した.
π共役骨格や光吸収特性がほぼ同等であるにも関わらず,薄膜状態においてO4-DPPはC14-DPPに比べて0.21 eV小さいイオン化エネルギー(IE)を示し,それに伴いバルクヘテロジャンクション型太陽電池の開放電圧(VOC)が0.24 Vも低下した.X線回折測定の結果から,この差異はO4-DPPとC14-DPPの分子パッキングの違いに由来することが示唆された.また,短絡電流密度(JSC)と曲線因子(FF)にも大きな差が見られ,原子間力顕微鏡による薄膜表面の観察から,相分離挙動の違いがその要因であることが示された.
さらに,フォトトランジスタ特性においても,O4-DPPとC14-DPPとで明確な光応答性に差がみられた.両者は光吸収特性や電荷移動度の差が小さいことから,光応答性の有無は光誘起キャリア生成における電極と有機半導体間のエネルギー準位に起因していると考察される.

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (3 results)

All 2018 2017

All Presentation (3 results)

  • [Presentation] ジケトピロロピロール誘導体における側鎖構造と光電特性の相関2018

    • Author(s)
      岡部拓也、鈴木充朗、荒谷直樹、山田容子
    • Organizer
      第65回 応用物理学会 春季学術講演会
  • [Presentation] Morphology Control in Small-molecule Organic Photovoltaic Layers Based on Hydrophilicity/Hydrophobicity Contrast2017

    • Author(s)
      Takuya Okabe, Mitsuharu Suzuki, Hiroko Yamada
    • Organizer
      The International Conference on Materials for Advanced Technologies 2017
  • [Presentation] Investigation of the Effect of Hydrophilic Substituents in Binary and Ternary Small-Molecule Organic Photovoltaic Cells2017

    • Author(s)
      Takuya Okabe, Mitsuharu Suzuki, Hiroko Yamada
    • Organizer
      International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics 9

URL: 

Published: 2018-12-17  

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