2019 Fiscal Year Annual Research Report
Operand measurements for evaluating and analyzing organic device operation
| Project/Area Number |
18H01473
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
間中 孝彰 東京工業大学, 工学院, 教授 (20323800)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 有機エレクトロニクス / 非線形光学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
現在、盛んに研究が行われている有機デバイス開発においては、未解明な部分も多いデバイス動作機構など、基本的な問題を理解したうえで高性能な素子開発へと展開するシナリオが必要である。本研究では、動作下にあるデバイスを対象としたオペランド測定と我々が独自開発したイメージング技術を組み合わせ、デバイス実動作時における過渡状態評価からデバイスの動作機構解明を目指している。
本年度はまず、昨年度から行っている有機ドナー／アクセプタ界面における励起子およびキャリアダイナミクス評価を金属・有機半導体界面に拡張した。金属／有機半導体界面では、自発的に電荷移動が生じており、言い換えれば金属近傍の有機半導体は強い電界にさらされている。ここに光を当てると、電荷が分離する。ここでは、TiO2上に蒸着した銅フタロシアニン(CuPc)薄膜に対して、ピコ秒の時間分解能で電界誘起光第二次高調波発生 (EFISHG)をとらえることで、光吸収直後から1.5 nsまでの時間領域において金属／有機半導体界面近傍で発生する電界の過渡応答を直接観測した。その結果、電荷発生に伴う電界減少によると考えられるSHG信号の変調を確認することができた。現在、一次元モデルシミュレーターを用いて、SHGの過渡応答について解析を行っている。
つづいて、光誘起分子内電子移動が生じる分子のSAMでバルクヘテロ型の有機薄膜太陽電池の電極を修飾することで、後者の動的にキャリアの輸送を促進するようなSAMの機能の可能性を検討し、変位電流測定から直接分子内の光誘起電子移動の観測に成功し、IPCE測定によりQI-Th-SAMの光吸収により電流が増加していることを確認し、有機薄膜太陽電池においてSAMの光誘起分子内電荷移動が、バルクヘテロ層から電極へのキャリア注入を促進させる可能性を示した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度導入した、有機ドナー・アクセプタ界面評価システムを引き続き用い、金属／有機半導体界面における、光照射によるキャリア挙動について検討している。まず、表面電位測定によりTiO2上に蒸着した銅フタロシアニン(CuPc)薄膜おいて、電界が存在することを確認し、次いでポンプローブSHG測定を実施した。CuPc 10nm/MoO3 5nm のサンプルにおいて、ポンプ光照射後にSHG強度が急激に減少し、その後SHG強度が増大した。これは、界面電界によってキャリア分離が生じ、その結果として電界が弱くなったことに由来する。現在、一次元の励起子・電荷輸送シミュレーターを用いて解析を行っており、CuPc層の移動度や、電界強度などの評価を行っている。電界誘起光第二次高調波発生法を用いたキャリア輸送の可視化によるドリフトと拡散の分離評価を行った。TIPSペンタセン単結晶膜をサンプルとして用い、チャネル間に一定電界を与えながら、チャネル中の中間電極から電荷注入することで、移流拡散的な挙動を観測でき、ドリフトと拡散を分離して評価できる可能性を示した。 昨年度から行っているペロブスカイト材料中のキャリア輸送に関しても引き続き測定を継続しており、EFISHG 波形を解析することで、トラップ電荷密度の定量的に見積もることができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現時点で、研究は順調に進んでいると考えている。特に、昨年度までに構築した、ポンプローブSHG測定系と、一次元の励起子・電荷輸送シミュレーターにより、様々な系における光照射電荷分離現象を評価できるようになり、今年度から対象としている金属／有機半導体界面におけるキャリア分離挙動評価については、引き続き実験および解析を行っていく。TIPSペンタセンにおける輸送機構の解明も、結晶構造を制御した薄膜ができるようになり、継続して進める。また、光誘起分子内電子移動が生じる分子のSAMによるバルクヘテロ型の有機薄膜太陽電池の電極の修飾効果に関して、これまではIPCEの向上がわずかであったため、よりIPCEが大きく向上するような分子を選択し、現在検討を進めているところである。
|
