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2020 年度 実績報告書

光誘起分極電流で駆動する光電変換素子

研究課題

研究課題/領域番号 19J01990
研究機関名古屋大学

研究代表者

横倉 聖也  名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
キーワード有機エレクトロニクス / 分極 / 光電変換
研究実績の概要

金属(M)/絶縁体(I)/半導体(S)/絶縁体(I)/金属(M)からなるMISIM型光電変換セルを対象に研究を進めた.これまでに,S層にZnPc/C60の2層膜を用いたセルで動作機構を検討した.このデバイスでは分極過程に比べ脱分極過程が遅く,この分極/脱分極速度の不均衡により,高周波数では脱分極が追随できず結果として分極変化が小さくなり周波数依存が大きくことを明らかにした.
このような分極と脱分極の不均衡を改善するために,ドナー分子とアクセプター分子が分子レベルで均一に混合された系である電荷移動錯体をS層に用いたデバイスを検討した.このデバイスは2層膜を用いたものに比べ,光過渡電流の周波数依存が小さく応答速度が改善された.
電荷移動錯体を用いた光電変換セルの性能の決定要因を調べるために,TMBと5種類のTCNQ誘導体を用いた電荷移動錯体を作製した.これらの錯体のうち2種類は中性,3種類はイオン性の基底状態を持つ.各錯体をS層に用いたMISIMを作製した.この際,テンプレート層としてPTCDAを用いたものも作成し,薄膜中の分子配向制御も試みた,光過渡電流測定を行ったところ,中性錯体がイオン性錯体に比べ1000倍もの電流強度を示すことがわかった.また,電荷移動錯体の配向制御にも成功し,PTCDAを用いた薄膜では,光応答の強度,速度ともに改善がみられた.

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

電荷移動錯体をS層に用いることでMISIMデバイスの光応答が改善された.また,5種類の電荷移動錯体を用い,電荷移動錯体の基底状態と光応答の相関を探索した結果,イオン性の電荷移動錯体にくらべ,中性の電荷移動錯体で1000倍もの光過渡電流が得られた.また,PTCDAをテンプレート層に用いることで,電荷移動錯体薄膜の配向制御にも成功し,光応答性も改善された.

今後の研究の推進方策

MISIMデバイスに強誘電体を導入する予定である.強誘電体の分極により応答速度の改善を試みる.

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Electric and Thermosalient Properties of a Charge-Transfer Complex Exhibiting a Minor Valence Instability Transition2020

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Yukihiro、Kondo Tsubasa、Yokokura Seiya、Takehisa Mika、Harada Jun、Inabe Tamotsu、Matsushita Michio M.、Awaga Kunio
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 20 ページ: 4758~4763

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.0c00516

    • 査読あり
  • [学会発表] 電荷移動錯体と誘電層界面における強誘電性2021

    • 著者名/発表者名
      横倉 聖也、高橋 幸裕、原田 潤、中村 優斗、岸田 英夫、水津 理恵、松下 未知雄、阿波賀 邦夫
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会online
  • [学会発表] 分極電流を用いた交流光電変換セルの変調光duty比依存性2020

    • 著者名/発表者名
      富松明宏,横倉聖也,阿波賀邦夫
    • 学会等名
      分子科学討論会online, 2020
  • [産業財産権] 有機強誘電デバイス2021

    • 発明者名
      横倉聖也,阿波賀邦夫,富松明宏
    • 権利者名
      横倉聖也,阿波賀邦夫,富松明宏
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-032976

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公開日: 2021-12-27  

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