本研究は、電子を受け取る電子アクセプタ性の有機半導体材料と、電子を受け渡す電子ドナー性の有機半導体材料の接触界面におけるエネルギー的なカスケード構造と、電荷(電子とホール)の授受によって生じる自由電荷の再結合過程の関係を過渡電気測定の観点から調べるものである。 初年度・次年度においては、過渡光電圧/光電流(Transient Photovoltage/Photocurrent: TPV/TPC)測定とインピーダンス分光(Impedance Spectroscopy: IS)測定の測定系の構築、およびそれらを用いて電荷寿命・電荷量を実際に評価し、測定法の妥当性を議論した。有機半導体を用いた光電変換素子(太陽電池など)では、アクセプタ材料とドナー材料を溶液中で混合し、それをキャストすることで得た混合固体薄膜、通称バルクヘテロジャンクション(BHJ)構造が用いられることが多い。BHJ構造では二種材料の界面面積が電極面積よりも大きく、素子の幾何容量の影響が小さいので、TPV/TPCとインピーダンス分光は同じ結果を与えた。一方で平面積層型では幾何容量の影響が大きく、インピーダンス分光では妥当な測定結果を得られなかった。 本年度は、界面での電子状態を評価することを目標に、ケルビンプローブによる仕事関数の評価計の構築、光電子収量測定による最高占有分子軌道(HOMO)エネルギーの評価、および自己無撞着計算による静電ポテンシャル計算プログラムの作成を行った。当初は、材料のHOMO/LUMOのエネルギーを個別に評価しその値を使って界面でのカスケード電子状態を表せると素朴に考えていたが、研究が進捗するにつれてその方法は現実の電子状態を簡略化しすぎていることがわかった。そのため数値計算と仕事関数・HOMOエネルギーの実測を組み合わせて、界面近傍での電子状態を明らかにすることを試みた。
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