| 研究課題/領域番号 |
16K04943
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
櫻井 岳暁 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (00344870)
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| 研究分担者 |
沓掛 健太朗 名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任講師 (00463795)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 有機薄膜太陽電池 / 粒界物性 |
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| 研究実績の概要 |
有機薄膜太陽電池に用いられるルブレンと、サブフタロシアニンをガラス上に形成しアニールした薄膜試料の偏光STXM計測に取り組んだ。
ルブレン(platelet結晶)の粒内では均一な方向に分子配向が確認され、粒界構造も綺麗に直線的に配列することが明らかになった。一方、このアニール温度を140℃から170℃に変えたところ、ルブレン結晶薄膜が板状(platelet)から球状結晶(spherulite)に変化した。このとき、platelet結晶で綺麗な粒界構造はsheruliteでは乱れ、μmスケールで波打ち、ボイドが発生する様子が確認できた。このplateletとspheruliteの粒界構造の違いは結晶成長に起因するものであり（spheruliteでは粒内で繊維状に伸びる縞模様を確認することができる）その結晶成長の影響により粒界構造が乱れると結論づけることができた。一方、粒界特有の構造変化は確認されておらず、分子によって粒界の様子は大きく様変わりすることが明らかになった。
サブフタロシアニン結晶薄膜については、アニール温度に依存した結晶相の変化は確認されず、球状結晶（粒径μメータ大）を取る様子が見えた。ルブレンとの違いは、ヘリングボーン構造により二次元状に結晶成長しやすいルブレンと、π軌道のスタッキング方向のみ強い相互作用を生むサブフタロシアニンの構造物性の違いに帰属される。一方、サブフタロシアニン薄膜は、成長速度によりアニール時の粒径に大きな変化が見られた。室温形成時の試料ではどれも特異な配向性は見られずアモルファス状になっているが、繊維状の組織内の構造に変化が現れているものと考えられる。
なお両試料とも、粒界特有の構造変化が確認されていない。比較的分子量の小さな両試料では粒界に特有の構造を形成するより、バルク構造を継承する方が安定になることが予想される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
既報のフタロシアニンでは粒界と粒内での配向の違いが見られている(Z.Pan et al., Nat.Mat. 2015)。しかし、今回の実験でははるかに分解能の良いSTXMを用いてもそのような粒界構造は見られない。この違いについて、成膜法と分子構造の両面の原因が考えられ、今後この違いの背景を詰めていく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
名古屋大と粒界の形成メカニズムのモデルをまとめる予定である。
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