研究課題
本研究は、ドーピングによるpn制御のバンド伝導有機半導体単結晶への適用を世界で初めて行ない、ドーピング有機単結晶太陽電池等の、新しい有機単結晶デバイスの動作を実証し、「有機単結晶エレクトロニクス」の基礎を構築することを目的とする。今年度は、p型のホモエピ層を有するルブレン単結晶上に、実用レベルの光電流発生能力を持つドナー／アクセプターヘテロ接合を設け、太陽電池として動作させ、シリコンに匹敵する 20 mA/cm2の光電流を取り出すには、100 ppmの Fe2Cl6ドーピングによってp型化した、 65 マイクロメーター厚のルブレン単結晶基板が必要であることを示した。現在、電子バンド伝導性有機単結晶にアクセプターを拡散法によってドーピングし、全バルクドーピング有機単結晶基板を作製している。また、電子、ホール両方にバンド伝導性を示す両極性有機単結晶に対する、p型、n型両極性ドーピングを試みている。また、電子とホールの超高速移動度を有する有機半導体を用いて、基板に水平方向にキャリアを取り出す水平２層セルを作製し、驚異的な水平距離1.8センチメーターのキャリア取り出しに成功し、太陽電池として動作することを確認した。水平距離1.8cmのセルにおいても、光電流は光強度に比例しており、これは、光生成した電子とホールの２分子再結合が起こっていない。なお、セルの性能をさらに向上させるためには、トラップ誘起再結合の原因となる構造欠陥を除去することが有効である。現在、上記の２層セルの間に、カスケードエネルギー構造となる可視光吸収有機半導体を挟み込み、５％程度の効率を得ることを試みている。これらの太陽電池は、これまで有機太陽電池に必須であったバルクヘテロ接合が不要な、新コンセプト有機太陽電池と位置づけることができる。
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
すべて 2020 2019 その他
すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件) 図書 (3件) 備考 (1件)
Materials
巻: 13 ページ: 1727
10.3390/ma13071727
巻: 13 ページ: 1978
10.3390/ma13081978
Organic Electronics
巻: 71 ページ: 45-49
10.1016/j.orgel.2019.04.039
Applied Physics Letters
巻: 115 ページ: 113301
10.1063/1.5116300
https://groups.ims.ac.jp/organization/hiramoto_g/
