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2017 年度 実施状況報告書

四量化反応による自発的有機pn接合ナノロッド形成と有機薄膜太陽電池の高効率化

研究課題

研究課題/領域番号 16K05003
研究機関神戸大学

研究代表者

小柴 康子  神戸大学, 工学研究科, 助手 (70243326)

研究分担者 石田 謙司  神戸大学, 工学研究科, 教授 (20303860)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード有機半導体 / ナノロッド / 光電変換特性 / 真空蒸着法 / 化学気相成長法
研究実績の概要

昨年度の研究成果をもとに、今年度は表面エネルギーを制御した基板上での有機pn接合ナノロッドの作製を試みた。p型有機半導体としては銅フタロシアニン(CuPc)、n型有機半導体としてはフタロシアニン環の末端水素が16個フッ素で置換された構造のヘキサデカフルオロ銅フタロシアニン(F16CuPc)と8個フッ素で置換された構造のオクタフルオロ銅フタロシアニン(F8CuPc)を用いた。金蒸着膜を基板とし、基板温度を変化させてF16CuPcおよびF8CuPcを真空蒸着し、電子顕微鏡(SEM) による観察を行った。F16CuPcではいずれの基板温度においてもロッドの基板面外方向への成長が観察された。ロッドの直径は約30nmで、X線回折(XRD)測定から分子面が基板に対して平行配向していることを示す(312)面のピークが観測され、π-πスタック方向に面外成長したと考えられた。一方、F8CuPcでは、基板温度室温ではロッドは観察されなかったが、基板温度を高くして作製した薄膜では直径約42nmのロッドが観察された。F16CuPcナノロッドに比べて長さがそろっており、CuPcナノロッドに形状が似ていた。次に金蒸着膜に作製したCuPcナノロッド上にF16CuPcを蒸着することによりpn接合ナノロッドの作製を試みた。作製したCuPc、F16CuPc積層薄膜の紫外可視吸収スペクトル測定・XRD測定よりCuPc、F16CuPc両方のナノロッドの形成を確認し、また良好なpn接合が示唆された。ロッド上に成長した有機半導体薄膜は表面形状が粗く電気特性評価のために薄膜上に電極として金属を蒸着するとリークが生じてしまい測定が困難である。そこで、原子間力顕微鏡(AFM)を用いた電気特性評価をめざし、まず室温で作製したCuPc蒸着膜をAFM観察し、電流像の観察と電流―電圧測定を行いホール移動度の算出を行った。

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

本研究の目的である自発的有機pn接合ナノロッド作製をめざして、昨年度検討したp型有機半導体である銅フタロシアニン(CuPc)ナノロッド作製条件をもとに、今年度はn型の2種のフタロシアニン化合物を用いて真空蒸着法によるナノロッド作製条件を検討した。F16CuPcとF8CuPcとでは作製条件は異なっていたがいずれのn型フタロシアニンナノロッドも作製することができた。また、p型n型フタロシアニンの連続真空蒸着によりpn接合ナノロッドを接合することができた。pn接合ナノロッドの光電変換特性評価に向けては、AFMを用いた電気特性評価に取り組んでいる。

今後の研究の推進方策

p型、n型銅フタロシアニンの連続真空蒸着条件の検討によりCuPcとF16CuPcの接合ロッドを作製することができたので、F8CuPcをn型有機半導体に用いたpn接合ナノロッド形成条件を検討する。作製したpn接合ナノロッドの分光学的評価、構造評価を詳細に行うことで接合の状態を解析する。またCuPcナノロッド上でのテトラシアノベンゼン(TCNB)の四量化反応を試み、CuPcロッド上での気固相反応によるpn接合ナノロッド作製条件を検討する。それぞれのpn接合ナノロッドの電気特性評価に関しては、AFMを用いた局所的な電圧-電流測定により、ロッド1本の電気特性評価をめざし、電気特性評価条件を検討する。検討した測定条件により有機薄膜太陽電池のエネルギー変換効率向上にむけてpn接合ナノロッドの光電変換特性評価を行う。

次年度使用額が生じた理由

予算の効率的な使用により次年度使用額が生じたため、翌年度分の請求額と合わせて最終年度の実験に必要な物品を購入する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Nanorod growth of copper phthalocyanine on fluorinated phosphonic acid SAM-modified indium tin oxide substrate for organic photovoltaic devices2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuko Koshiba, Toshiki Ohnishi, Masahiro Morimoto, Masahiro Misaki, Tatsuya Fukushima, Kenji Ishida
    • 雑誌名

      Molecular Crystals and Liquid Crystals

      巻: 365 ページ: 157-163

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.1080/15421406.2017.1351280

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 熱電変換材料開発に向けたEDOT気相重合条件の最適化2017

    • 著者名/発表者名
      平井 愛, 小柴康子, 堀家匠平, 森本勝大, 三崎雅裕, 福島達也, 石田謙司
    • 雑誌名

      IEICE Technical Report

      巻: 117 ページ: 21-26

  • [学会発表] 酸化剤融液上で気液界面重合したPEDOT膜の構造と電子物性評価2018

    • 著者名/発表者名
      平井 愛,小柴 康子, 堀家 匠平,森本 勝大, 福島 達也, 石田 謙司
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Green synthesis of octacyanometalphthalocyanine in ionic liquid2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuko Koshiba, Yumi Miyake, Minako Matsumoto, Chikayo Takechi, Masahiro Morimoto, Masahiro Misaki, Tatsuya Fukushima, and Kenji Ishida
    • 学会等名
      9th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE9)
    • 国際学会
  • [学会発表] 真空蒸着法によるpn接合フタロシアニンナノロッドの作製と評価2017

    • 著者名/発表者名
      杉本 伊央理, 小柴 康子, 福島 達也, 森本 勝大, 石田 謙司
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Photo-responsible polarization switching in TiOPc/P(VDF-TrFE) stacking films2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuko Koshiba, Hiroshi Horii, Masahiro Morimoto, Masahiro Misaki, Tatsuya Fukushima
    • 学会等名
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2017)
    • 国際学会
  • [備考] 神戸大学大学院工学研究科応用化学専攻物質物理化学研究室

    • URL

      http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-cx1/

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公開日: 2018-12-17  

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