高次π空間形成を利用した高性能有機デバイスの構築

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 高次π空間の創発と機能開発
• 研究課題/領域番号: 20108012
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 村田 英幸 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 教授 (10345663)
• 研究期間 (年度): 2008-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 有機薄膜太陽電池 / 二層積層型太陽電池 / 濃度傾斜構造 / エネルギー分散型X線分析

研究実績の概要

本研究では、当該新学術領域研究の領域内で合成された新規なπ共役系物質や新しい解析手法を有機デバイスへと展開し、高性能な有機デバイスを実現することを目的とする。有機太陽電池の活性層にポリチオフェン誘導体(P3HT)と可溶化フラーレン誘導体(PCBM)の混合層を用いる太陽電池は、バルクヘテロ型太陽電池として知られており、熱処理により活性層中に相互侵入型のネットワーク構造が自己組織的に形成され、高い電荷分離効率が得られる。一方、バルクヘテロ型太陽電池は素子の作製条件に強く依存し、必ずしも報告の通りの高い変換効率が多くの研究機関で得られるわけではない。その理由の一つとして、熱処理によってネットワーク構造が形成される際にP3HTは陰極側へPCBMは陽極側へと遍在することが挙げられる。本研究では、このような問題点を新規な素子構造を開発することによって解決することを検討した。平成24年度は、 P3HTとPCBMを用いて、各種の二層積層型太陽電池を作製し評価した。ここで、表面をラビング処理したP3HT層上にPCBMをスピンコートして作製した二層積層型太陽電池ではバルクヘテロ型太陽電池を上回るエネルギー変換効率が得られることを見出した。二層積層型太陽電池の断面構造を走査型透過型電子顕微鏡(STEM)の測定で得られる透過型電子顕微鏡(TEM)像とエネルギー分散型X線分析(EDS)を用いた元素マッピングを組み合わせて分析した結果、ラビング処理した二層積層型太陽電池では陽極側にP3HTが多く分布し、陰極に近づくに従ってPCBMの濃度が増加する理想的な濃度傾斜構造が形成されていることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular orientation induced by high-speed substrate transfer during vacuum vapor deposition of organic films (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Matsushima, H. Murata
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 13 ページ: 222-229
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Organic Thin Film Solar Cells Using 3-Diode Equivalent Circuit Model with Inverted Diode (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakurada, Y. Ota, H. Watanabe, H. Murata, K. Nishioka
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 725 ページ: 179-182
  • 査読あり
• [雑誌論文] True photoluminescence spectra revealed in electrospun light-emitting single nanofibers (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuya Ishii and Hideyuki Murata
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 22 ページ: 4695-4703
  • DOI: 10.1039/c2jm14831e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular order, charge injection efficiency and the role of intramolecular polar bonds at organic/organic heterointerfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: Ying Wang, Toshinori Matsushima, Hideyuki Murata, Antoine Fleurence, Yukiko Yamada-Takamura, Rainer Friedlein
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 13 ページ: 1853–1858
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2012.05.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of hole injection and electroluminescence characteristics by a rubbing-induced lying orientation of alpha-sexithiophene (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Matsushima and Hideyuki Murata
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 112 ページ: 024503 (9pages)
  • DOI: 10.1063/1.4735402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Vertical Concentration Gradient in Rubbed P3HT:PCBM Graded Bilayer Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Varun Vohra, Gianmichele Arrighetti, Luisa Barba, Koichi Higashimine, William Porzio and Hideyuki Murata
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 3 ページ: 1820–1823
  • DOI: 10.1021/jz300710a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organic Solar Cells Based on Nanoporous P3HT Obtained from Self Assembled P3HT:PS Templates (2012)
  • 著者名/発表者名: Varun Vohra, Mariano Campoy-Quiles, Miquel Garriga and Hideyuki Murata
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry 巻: 22 ページ: 20017-20025
  • DOI: 10.1039/c2jm32639f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly stable fullerene memory transistors with an electron-trapping polymer (2012)
  • 著者名/発表者名: Toan Thanh Dao, Toshinori Matsushima, and Hideyuki Murata
  • 雑誌名: Organic Electronics 巻: 13 ページ: 2709–2715
  • DOI: 10.1016/j.orgel.2012.07.041
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electroconductive pi-Junction Au Nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Kanehara, Jun Takeya, Takafumi Uemura, Hideyuki Murata, Kazuo Takimiya, Hikaru Sekine, and Toshiharu Teranishi
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 85 ページ: 957-961
  • DOI: 10.1246/bcsj.20120103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Addition of Regiorandom P3HT to Solution Processed P3HT:PCBM Graded Bilayers to Tune the Vertical Concentration Gradient (2012)
  • 著者名/発表者名: Varun Vohra, Koichi Higashimine, Tatsuya Murakami and Hideyuki Murata
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 101 ページ: 173301(4pages)
  • DOI: 10.1063/1.4761998
  • 査読あり
• [学会発表] Observation of Vertical Phase Segregation in Bulk Heterojunction Organic Solar Cells by Using Electron Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) (2013)
  • 著者名/発表者名: Nur Tahirah Razali, Varun Vohra, Koichi Higashimine, Nobuo Otsuka and Hideyuki Murata
  • 学会等名: 第60回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学（神奈川）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] 青色りん光有機EL素子の劣化機構解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩橋哲也、奈須川佑太、松島敏則、村田英幸
  • 学会等名: 第60回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学（神奈川）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] 遷移金属酸化物との電荷移動による有機分子の配向変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松島 敏則，村田 英幸
  • 学会等名: 第60回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学（神奈川）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] Horizontally oriented molecular films for application in organic solar cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Matsushima, Hitoshi Matsuo, Tetsuo Yamamoto, Akichika Nakao, Hideyuki Murata
  • 学会等名: The 7th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡）
  • 年月日: 2013-03-17 – 2013-03-19
• [学会発表] Graded Bilayer Organic Solar Cells:An opportunity to process P3HT independently of PCBM (2013)
  • 著者名/発表者名: Varun Vohra, Hideyuki Murata, Koichi Higashimine, Mariano Campoy-Quiles, Miquel Garriga, William Porzio, Michele Arrighetti, and Luisa Barba
  • 学会等名: The Sixth Advanced Materials and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: The University of Auckland Business School (Auckland, New Zealand)
  • 年月日: 2013-02-11 – 2013-02-15
• [学会発表] ラビング処理によるP3HT/PCBM二層型太陽電池の変換効率向上 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊東嶺、Varun Vohra, 東嶺孝一、村田英幸
  • 学会等名: 第二回有機太陽電池ワークショップ
  • 発表場所: しいのき迎賓館（石川）
  • 年月日: 2013-01-10 – 2013-01-12
• [学会発表] 濃度傾斜層を有する高効率積層型有機太陽電池 (2013)
  • 著者名/発表者名: 村田英幸
  • 学会等名: 第二回有機太陽電池ワークショップ
  • 発表場所: しいのき迎賓館（石川）
  • 年月日: 2013-01-10 – 2013-01-12
  • 招待講演
• [学会発表] Organic solar cells with controlled molecular orientation (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Matsushima, Hitoshi Matsuo, Tetsuo Yamamoto, Akichika Nakao, and Hideyuki Murata
  • 学会等名: The 4th Asian Conference on Organic Electronics
  • 発表場所: 山形大学（山形）
  • 年月日: 2012-12-19 – 2012-12-21
• [学会発表] Enhanced Efficiency of Graded Bilayer P3HT/PCBM Solar Cells by Morphological Control of Intermixed Layer (2012)
  • 著者名/発表者名: Varun Vohra, Koichi Higashimine, Hideyuki Murata, Mariano Campoy-Quiles, Miquel Garriga, Gianmichele Arrighetti, Luisa Barba, William Porzio
  • 学会等名: The 10th International Conference on Nano-molecular Electronics
  • 発表場所: 淡路夢舞台（兵庫）
  • 年月日: 2012-12-12 – 2012-12-14
  • 招待講演
• [学会発表] Tuning the Vertical Concentration Gradient in P3HT:PCBM Graded Bilayer Solar Cells by Adding Regiorandom P3HT (2012)
  • 著者名/発表者名: Varun Vohra, Koichi Higashimine and Hideyuki Murata
  • 学会等名: The 10th International Conference on Nano-molecular Electronics
  • 発表場所: 淡路夢舞台（兵庫）
  • 年月日: 2012-12-12 – 2012-12-14
• [学会発表] True photoluminescence spectra revealed in electrospun light-emitting single nanofibers and their evaluation (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuya Ishii, Hideyuki Murata, Mitsuo Fukuda
  • 学会等名: Material Research Society 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: The Hynes convention center (Boston, USA)
  • 年月日: 2012-11-25 – 2012-11-30
• [学会発表] Control of conjugation length of azomethine oligomer chemically bonded on substrate surface (2012)
  • 著者名/発表者名: Ai Baba, Atula S. D. Sandanayaka, Tatsuya Murakami, Toshinori Matsushima, Hideyuki Murata
  • 学会等名: Material Research Society 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: The Hynes convention center (Boston, USA)
  • 年月日: 2012-11-25 – 2012-11-30
• [学会発表] 青色リン光有機EL素子の劣化機構 -キャリアと励起状態の相互作用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 奈須川 佑太，岩橋 哲也，松島 敏則，村田 英幸
  • 学会等名: 有機EL討論会 第15回例会
  • 発表場所: くにびきメッセ（島根）
  • 年月日: 2012-11-21 – 2012-11-22
• [学会発表] 青色りん光有機EL素子の劣化機構の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岩橋 哲也，奈須川 佑太，松島 敏則，村田 英幸
  • 学会等名: 平成24年度 応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会
  • 発表場所: 富山県民会館（富山）
  • 年月日: 2012-11-16 – 2012-11-17
• [学会発表] ラビングによるP3HT:PCBMバルクヘテロ型太陽電池と二層型太陽電池の特性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊東 嶺、Varun Vohra、東嶺孝一、村田 英幸
  • 学会等名: 平成24年度 応用物理学会 北陸・信越支部 学術講演会
  • 発表場所: 富山県民会館（富山）
  • 年月日: 2012-11-16 – 2012-11-17
• [学会発表] Enhanced Power Conversion Efficiency by Tuning the Vertical Concentration Gradient in P3HT:PCBM Bilayer Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Varun Vohra, Gianmichele Arrighetti, Luisa Barba, Koichi Higashimine, Tatsuya Murakami, William Porzio and Hideyuki Murata
  • 学会等名: The Forth International Symposium on Emergence of Highly Elaborated -Space and its Function
  • 発表場所: 浜名湖ロイヤルホテル（静岡）
  • 年月日: 2012-11-13 – 2012-11-14
• [学会発表] 有機EL素子の劣化機構解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村田英幸
  • 学会等名: 高分子学会 有機エレクトロニクス研究会 有機エレクトロニクスシンポジウム
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川）
  • 年月日: 2012-10-31
  • 招待講演
• [学会発表] Enhanced Power Conversion Efficiency by Tuning the Vertical Concentration Gradient in P3HT:PCBM Bilayer Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Murata
  • 学会等名: OIST International Symposium on Organic Electronics 2012
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学（沖縄）
  • 年月日: 2012-10-05
  • 招待講演
• [学会発表] Interface of Indium Tin Oxide (ITO)/Organic Media Probed by Second Harmonic Generation (SHG) (2012)
  • 著者名/発表者名: Siti Zulaikha Ngah Demon, Yoshihiro Miyauchi, Goro Mizutani, Toshinori Matsushima and Hideyuki Murata
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（横浜）
  • 年月日: 2012-09-18 – 2012-09-21
• [学会発表] 青色りん光発光材料の劣化機構解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岩橋哲也, 松島敏則，村田英幸
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学（愛媛）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] 青色リン光有機EL素子の構造が寿命に及ぼす影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 奈須川 佑太，松島 敏則，岩橋 哲也，村上 拓矢，村田 英幸
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学（愛媛）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] 分子配向制御による有機薄膜の電子状態と電気物性の変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松島敏則, 松尾仁史, 山本哲生, 中尾昭和, 村田英幸
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学（愛媛）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] 有機半導体における励起子の挙動の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上英樹、村田英幸
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学（愛媛）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] Enhancement of hole injection and electroluminescence characteristics by a rubbing-induced lying orientation of alpha-sexithiophene (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Matsushima, Hideyuki Murata
  • 学会等名: 9th International Conference on Electroluminescence & Organic Optoelectronics (ICEL2012)
  • 発表場所: The Luigans (Fukuoka, Japan)
  • 年月日: 2012-09-03 – 2012-09-07
• [学会発表] 濃度傾斜層を有する高効率積層型有機子太陽電池 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村田英幸、Varun Vohra
  • 学会等名: 高次π空間の創発と機能開発 第8回公開シンポジウム
  • 発表場所: ホテルアローレ（石川）
  • 年月日: 2012-07-19 – 2012-07-20
• [学会発表] 分子配向制御による有機薄膜太陽電池の性能向上 (2012)
  • 著者名/発表者名: 村田英幸，松島敏則，Varun Vohra
  • 学会等名: 有機・無機エレクトロニクスシンポジウム
  • 発表場所: 富山国際会議場 (富山)
  • 年月日: 2012-06-29
  • 招待講演
• [学会発表] Degradation mechanisms of OLED (2012)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Murata
  • 学会等名: International LED and OLED EXPO 2012
  • 発表場所: KINTEX (Seoul, Korea)
  • 年月日: 2012-06-28
  • 招待講演
• [学会発表] High-performance organic solar cells with in-plane oriented molecules (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshinori Matsushima, Hitoshi Matsuo, Tetsuo Yamamoto, Akichika Nakao, Hideyuki Murata
  • 学会等名: Fifth International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA12)
  • 発表場所: Nara Prefectural New Public Hall (Nara, Japan)
  • 年月日: 2012-06-03 – 2012-06-07
• [学会発表] Achieving low operation voltage and excellent stability in organic memory transistors using photoactive dielectric layers (2012)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Murata, Thanh Toan Dao, Heisuke Sakai, Toshinori Matsushima, Motonobu Murakami, Kei Ohkubo, Shunichi Fukuzumi
  • 学会等名: E-MRS 2012 Spring Meeting
  • 発表場所: Congress Center (Strasbourg, France)
  • 年月日: 2012-05-14 – 2012-05-18
• [学会発表] Observation of Conductive Filaments Formation in Organic Non-volatile Memory Resistor Device (2012)
  • 著者名/発表者名: Toan Thanh Dao, Thu Viet Tran, Koichi Higashimine, Hiromasa Okada, Derrick Mott, Shinya Maenosono and Hideyuki Murata
  • 学会等名: The 2012 International Meeting for Future of Electron Devices
  • 発表場所: Kansai University (Osaka, Japan)
  • 年月日: 2012-05-09 – 2012-05-11
• [学会発表] High performance organic memory transistors by using photoactive dielectric layer (2012)
  • 著者名/発表者名: Hideyuki Murata, Thanh Toan Dao, Heisuke Sakai, Toshinori Matsushima, Motonobu Murakami, Kei Ohkubo, Shunichi Fukuzumi
  • 学会等名: MRS 2012 Spring Meeting
  • 発表場所: Moscone West Convention Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2012-04-09 – 2012-04-13
• [図書] 高次π空間の創発と機能開発（監修 赤阪 健、大須賀篤弘、福住俊一、神取英樹） (2012)
  • 著者名/発表者名: 村田英幸
  • 総ページ数: 245
  • 出版者: シーエムシー出版