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本研究は、接合界面のポテンシャルが欠陥準位に蓄積する電荷によって変化することに着目し、これを直接XPSで観測するバイアス印加XPS法を用い、有機/有機ヘテロ接合界面の欠陥準位を検出することを目指している。また、測定試料としてフタロシアニン(H_2Pc)の正孔輸送層、PTCDAの電子輸送層、そして金属電極からなる有機薄膜太陽電池構造を選択し、界面準位とデバイス(太陽電池)特性の相関を明らかにすることを目指している。ただし、H_2Pcは基板の種類によって配向が変化することが知られており、また、配向の変化に伴い有機/有機ヘテロ界面の分子間相互作用ならびに界面準位の変化することが予想される。従って、本研究では分子配向制御法を確立した上で、配向を制御した有機ヘテロ接合の界面準位の計測を行うことを目指した。
具体的には、ガラス基板ならびに透明導電膜上にPTCDA配向膜を形成し、その上にH_2Pc薄膜を形成することで、基板上のH_2Pc薄膜の配向制御を試みた。通常、これらの基板上にH_2Pc薄膜を直接形成した場合、基板-分子間相互作用が弱いためH_2Pc分子面は基板表面に対し垂直方向に配向するが、PTCDA配向膜上のH_2Pc薄膜では、H_2Pc-PTCDA間に働く強い相互作用を利用して、H_2Pc分子面が平行に配向する(α-H_2Pc構造のb軸が基板に対し垂直に配向する)様子が観察された。また、PTCDA配向膜の膜厚を5Åまで薄くした時にも、H_2Pc薄膜の配向を制御できることが明らかになった。さらに、H_2Pc分子面が基板に対し平行に配向したH_2Pc/PTCDA/glass構造では、垂直に配向したH_2Pc/glass構造に比べ光吸収係数の増大する様子が観測され、分子配向の制御がデバイス特性の向上に不可欠であることを示した。現在、H_2Pcの分子配向を変化させた有機太陽電池構造における界面準位の計測を行っている。
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