2018 Fiscal Year Annual Research Report
Control of phase separation in organic photovoltaic cells by pai-d interaction
| Project/Area Number |
16K05882
|
|---|
| Research Institution | Kanazawa University |
|---|
Principal Investigator |
當摩 哲也 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (20415699)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 貴之 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (80464048) [Withdrawn]
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | π-π相互作用 / d-π相互作用 / バルクヘテロ / 分子配向 / アルキル置換基 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
有機薄膜太陽電池の性能向上の手段として、有機半導体分子の配向制御がある。通常基板上では立った配向を示すZinc Phthalocyanine(ZnPc)は、Copper Iodide(CuI)基板上では寝た配向になり、これにより光吸収や電荷輸送効率が増大し、素子性能が向上することが報告されている。一般に、アルキル基が置換した有機半導体分子は基板に対して立った配向を示すことが知られているが、アルキル基がどのように配向に影響するのかは明らかになっていない。そこで本研究では、Fig. 2に示すようなペリレン誘導体において、アルキル鎖長が分子配向に及ぼす影響についてin-situ条件で赤外反射吸収分光法(IR-RAS法)を用いて調査した。
ITO/PEDOT:PSS基板及びπ-d相互作用で分子を寝かせるGlass/Au基板をIR-RAS測定用の基板として用意した。これらの基板上にペリレン誘導体を真空蒸着法により製膜し、蒸着中にin-situ条件でIR-RAS測定を行い、得られたIRスペクトルより配向パラメータSを算出した。
ZnPcより小さいπ平面を持つPTCDA分子は基板に対して寝た配向をとることが知られ、実験からも同様の結果が得られた。しかし、アルキル基が置換した分子は立った配向を示した。これは、分子とPEDOT:PSS基板との相互作用がなく、アルキル基による分子間相互作用が強い自己凝集を引き起こしたためと考えられる。また、Au基板においてPTCDA、C5分子はより寝た配向に制御されたが、C8、C13分子の配向には大きな変化は見られなかった。分子とAu基板間のπ-d相互作用はアルキル基同士の相互作用と競争関係にあり、アルキル基が短いとπ-d相互作用が強く働き配向を変化させるが、長くなるとアルキル基同士の相互作用の方が強くなり配向が変化しなかったと考えられる。
|
