2018 Fiscal Year Research-status Report
有機ドナー・アクセプタ界面のカスケード電子構造と電荷再結合過程の関連の解明
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18K14301
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
中野 恭兵 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (00726896)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / 太陽電池 / 再結合過程 / 電気的評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、有機ドナー/アクセプタ(D/A)界面における有機光電変換の原理的な側面を探求するものである。具体的には、D/A界面に存在するカスケード（階段状）電子構造が光電変換に理想の界面構造になり得るという仮説のもと、その電荷再結合過程を評価し、これまでの研究結果と合わせてカスケード電子構造の包括的な理解を目指すものである。
本研究で取り扱うのは、薄膜転写法によって作成したD/A界面である。薄膜転写法は、D/A界面に生じうる分子の混合や無秩序化を極限まで低減した界面を得るために欠かせない手法である。これにより、D/A界面で起こる現象をより確かに捉えることが可能になる。
本年度は、電荷再結合過程の評価方法の妥当性を検証した。過渡光電圧/光電流（Transient Photovoltage/Photocurrent: TPV/TPC）測定とインピーダンス分光（Impedance Spectroscopy: IS）測定・電荷引抜き（Charge Extraction: CEX）測定は素子内の電荷密度と電荷再結合速度の情報を与える。これら複数の測定法による評価を行い、得られた値の妥当性を検証した。
薄膜転写法で作成したD/A界面の場合、TPV/TPC測定がもっとも妥当な測定結果を与えた。ISとCEX測定では、D/A界面と電極に蓄えられた電荷の寄与を区別することができず、D/A界面で起こる現象の評価ができなかった。D/A界面で分子混合する場合の極限のケースとして、バルクヘテロジャンクション（BHJ）構造でも同様の評価を行った。 BHJの場合は全ての測定で測定誤差範囲内で一致した結果を与えた。ISとCEXを用いる場合にはD/A界面積が電極の面積よりも十分大きいことが必要、一方でTPV/TPCは適切なデータ処理をすればD/A界面積と電極面積が等しい場合でも評価に使える。
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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
薄膜転写法による素子作製の最適化が完了した。
電気的・過渡測定で、作成した素子の評価を行うことができた。過渡測定による再結合速度と電荷寿命の評価値がどの程度妥当なのか、詳細な議論に耐えうる精度で評価できているのかが重要であった。複数の測定法の比較・検討を行った結果、TPV/TPC測定は幅広い素子構造に使用可能で、その評価結果も理論的な想定どうりであり、妥当性・信頼性が高いと判断できた。
素子の作製・評価方法の検討が完了し、より詳細な議論ができる状態にある。おおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
ここまでの検討はシンプルなD/A界面構造で行ってきた。次はD-Aの間にもう一層きわめて薄い（2から10 nm）カスケード電子構造を形成し、その評価を行う。
極薄膜の形成条件の最適化は済んでおり、すみやかにカスケード構造の評価をすすめる。2019年度初めに高入力インピーダンスの電圧アンプを特注した。これにより過渡光電圧測定の精度をがさらに向上することが期待される。
カスケード構造で重要なのはその厚みと、ドナー・アクセプタ材料とのエネルギーレベルの相対的な位置関係である。厚みはカスケード構造形成時のスピンコート条件で制御する。エネルギーレベルはカスケード層に用いる材料を変えて検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
FEMTO社の高速電圧アンプを購入の予定であったが、NF社製の特別仕様のアンプを用いるほうが測定の精度が高くなりかつ安価であることが判明したのが理由の一つである。安価であるのは、測定に必要な性能に特化した装置系にし、後で必要に応じて装置を拡張していける仕様にしたからである。今後、とくに電圧の高い太陽電池の測定が必要になった場合に、アンプを拡張して対応していく予定である。
パルスレーザを新規に購入の予定であったが、いまのところ従来機の性能で十分な精度が出ている。これも今後新たな素子の評価が必要になった場合に変更できる余地を残しておきたい。
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Research Products
(2 results)
