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2021 年度 実績報告書

次世代高輝度有機発光デバイスの動作機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K21955
研究機関筑波大学

研究代表者

丸本 一弘  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (50293668)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2022-03-31
キーワード有機発光デバイス / 素子動作機構 / 電子スピン共鳴 / 発光電気化学セル / 有機イオントロ二クス
研究実績の概要

本研究は発光電気化学セル(LEC)の素子動作機構を分子レベルで解明し、素子高特性化を目指すことを目的とする。電荷ドーピング状態や形成過程等について電子スピン共鳴(ESR)によるオペランド直接観測を行い、従来手法では成し得なかった微視的な観点からLECの動作機構の解明を行う。
本年度は、青色発光材料Hostポリマー、三重項-三重項消滅(TTA)ポリマー、それらのブレンド膜であるMixedポリマーを用いたLEC素子の研究を詳細に行った。HostポリマーLECではp型ドーピング後にn型ドーピングが、TTAポリマーLECではn型ドーピング後にp型ドーピングが進行した。MixedポリマーLECではHostポリマーのp型ドーピングとn型ドーピング、TTAポリマーのn型ドーピングとp型ドーピングの順に電荷ドーピングが進行する過程を明らかにした。電荷ドーピングの同定には、オペランドESR信号のg因子と密度汎関数理論(DFT)計算を用いた。MixedポリマーLECの電荷ドーピング過程は、エネルギー準位図、電極界面におけるプッシュバック効果、HostポリマーとTTAポリマーの混合体積比も考慮して解析を行った。
また、MixedポリマーLECにおける三重項励起子の形成状態や励起子移動機構を、HostポリマーとTTAポリマーの比を変えたMixedポリマーLECの低温ESR測定により解明した。
更に、熱活性化遅延蛍光(TADF)を示す緑色発光材料DACT-II、青色発光材料TpAT-tFFOとHDT-1、赤色発光材料TPA-PZTCNを用いたLECのオペランドESR研究も実施し、それぞれのLECの電荷ドーピング過程の解析や、動作機構の解明を進めた。HDT-1を用いたLECでは、純青色超蛍光材料ν-DABNAも導入して、Hyperfluorescence技術によるLECの色純度向上も確認できた。

  • 研究成果

    (37件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 11件、 招待講演 12件) 図書 (1件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Effects of SiNx refractive index and SiO2 thickness on polarization‐type potential‐induced degradation in front‐emitter n‐type crystalline‐silicon photovoltaic cell modules2022

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Seira、Nakamura Kyotaro、Semba Taeko、Ohdaira Keisuke、Marumoto Kazuhiro、Ohshita Yoshio、Masuda Atsushi
    • 雑誌名

      Energy Science & Engineering

      巻: - ページ: --

    • DOI

      10.1002/ese3.1135

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Stability improvement mechanism due to less charge accumulation in ternary polymer solar cells2022

    • 著者名/発表者名
      Xue Dong、Saito Masahiko、Osaka Itaru、Marumoto Kazuhiro
    • 雑誌名

      npj Flexible Electronics

      巻: 6 ページ: 22-1-10

    • DOI

      10.1038/s41528-022-00153-z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimized carrier extraction at interfaces for 23.6% efficient tin-lead perovskite solar cells2022

    • 著者名/発表者名
      Hu Shuaifeng、Otsuka Kento、Murdey Richard、Nakamura Tomoya、Truong Minh Anh、Yamada Takumi、Handa Taketo、Matsuda Kazuhiro、Nakano Kyohei、Sato Atsushi、Marumoto Kazuhiro、Tajima Keisuke、Kanemitsu Yoshihiko、Wakamiya Atsushi
    • 雑誌名

      Energy & Environmental Science

      巻: -- ページ: -

    • DOI

      10.1039/d2ee00288d

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 有機デバイスのオペランドESR研究法の開発と展望2022

    • 著者名/発表者名
      丸本一弘
    • 雑誌名

      電子スピンサイエンス

      巻: 20 ページ: 32-37

  • [雑誌論文] Spin-states in MoS2 thin-film transistors distinguished by operando electron spin resonance2021

    • 著者名/発表者名
      Tsunetomo Naho、Iguchi Shohei、Wierzbowska Malgorzata、Ueda Akiko、Won Yousang、Heo Sinae、Jeong Yesul、Wakayama Yutaka、Marumoto Kazuhiro
    • 雑誌名

      Communications Materials

      巻: 2 ページ: 27-1-10

    • DOI

      10.1038/s43246-021-00129-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Graphene oxide @ nickel phosphate nanocomposites for photocatalytic hydrogen production2021

    • 著者名/発表者名
      Gurbani Neeta、Choudhary Ram Janay、Phase Deodutta Moreshwar、Marumoto Kazuhiro、Liu Ru-Shi、Chouhan Neelu
    • 雑誌名

      Chemical Engineering Journal Advances

      巻: 6 ページ: 100105-1-27

    • DOI

      10.1016/j.ceja.2021.100105

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Analyses of Charge Accumulation of PTzBT Ternary Polymer Solar Cells Using ESR Spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Xue Dong、Saito Masahiko、Osaka Itaru、Marumoto Kazuhiro
    • 雑誌名

      Journal of Photopolymer Science and Technology

      巻: 34 ページ: 351-356

    • DOI

      10.2494/photopolymer.34.351

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct Evidence of the Internal Deterioration Mechanism due to Molecular Chain Ends in Polymer Solar Cells by Operando Spin Detection2021

    • 著者名/発表者名
      Asai Haruka、Xue Dong、Kamiya Shinpei、Kuwabara Junpei、Kanbara Takaki、Marumoto Kazuhiro
    • 雑誌名

      ACS Applied Polymer Materials

      巻: 4 ページ: 607-617

    • DOI

      10.1021/acsapm.1c01543

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ペロブスカイト太陽電池の劣化機構の解明 スピン状態のオペランド観測による性能向上2021

    • 著者名/発表者名
      丸本一弘
    • 雑誌名

      クリーンエネルギー

      巻: 30 ページ: 27-34

  • [学会発表] 半導体デバイスの新しい計測基盤技術の開発2022

    • 著者名/発表者名
      丸本一弘
    • 学会等名
      第3回アドバンストSEMセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] オペランド電子スピン共鳴を用いた有機無機デバイスのミクロ解析と動作機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      丸本一弘
    • 学会等名
      第19回 物質科学・学術融合セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] 有機無機半導体材料・デバイスのスピン状態とエレクトロニクス応用2022

    • 著者名/発表者名
      丸本一弘
    • 学会等名
      第2回有機無機スピンエレクトロニクス研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 混合スペーサーカチオンを用いたスズペロブスカイト太陽電池界面における電荷移動の直接観測2022

    • 著者名/発表者名
      陳奕舟、山口世力、佐藤睦、薛冬、丸本一弘
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 純青色超蛍光発光電気化学セルのオペランドESR分光研究2022

    • 著者名/発表者名
      羅超然、山口世力、戸沢日馨、早川慧、畠山琢次、陳展耀、安達千波矢、丸本一弘
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] PEAカチオンを含むスズペロブスカイト太陽電池における電荷移動の電子スピン共鳴による直接観測2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤睦、山口世力、本橋真優、Yehuang Wang、中村智也、若宮淳志、丸本一弘
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] オペランドESR分光法を用いた3元系PTzBT太陽電池の開放電圧向上機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      薛冬、山口世力、斎藤慎彦、尾坂格、丸本一弘
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 有機電気化学トランジスタ構造を用いた高分子太陽電池材料の電荷蓄積状態のESR研究2022

    • 著者名/発表者名
      王佳曦、山口世力、薛冬、稲井聡志、斎藤慎彦、尾坂格、丸本一弘
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 電子スピン共鳴による3元系有機薄膜太陽電池の劣化機構解析2021

    • 著者名/発表者名
      薛冬、丸本一弘
    • 学会等名
      次世代太陽電池セル・モジュール分科会2021年度第1回研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] ESR: A tool to investigate materials -Operando Direct Observation of Charge Accumulation and Device Performance Correlation of Polymer Solar Cells-2021

    • 著者名/発表者名
      D. Xue, K. Marumoto
    • 学会等名
      International Webinar Series on Material Science Part-1
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analyses of Charge Accumulation of PTzBT Ternary Polymer Solar Cells Using ESR Spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      D. Xue, K. Marumoto
    • 学会等名
      The 38th International Conference of Photopolymer Science and Technology, Materials & Processes for Advanced Lithography, Nanotechnology and Phototechnology (ICPST-38)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin-States in MoS2 Thin-Film Transistors Distinguished by Operando Electron Spin Resonance2021

    • 著者名/発表者名
      K. Marumoto
    • 学会等名
      ISMAR-APNMR-NMRSJ-SEST2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Study for PEA-Containing Tin Perovskites by Observation of Charge Transfer from PEDOT:PSS to Perovskite Using ESR Spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      A. Sato, M. Motohashi, Y. Wang, D. Xue, T. Nakamura, A. Wakamiya, K. Marumoto
    • 学会等名
      ISMAR-APNMR-NMRSJ-SEST2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Analyses of Deterioration Mechanism of PTzBT Ternary Polymer Solar Cells Using Electron Spin Resonance Spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      D. Xue, M. Saito, I. Osaka, K. Marumoto
    • 学会等名
      ISMAR-APNMR-NMRSJ-SEST2021
    • 国際学会
  • [学会発表] ESR Study of Charge States in Lead-Based Perovskite Solar Cells Using A Novel Hole-Transport Material2021

    • 著者名/発表者名
      L. Lihui, X. Zou, W. Dai, D. Xue, T. Nakamura, A. Wakamiya, K. Marumoto
    • 学会等名
      ISMAR-APNMR-NMRSJ-SEST2021
    • 国際学会
  • [学会発表] 電子スピン共鳴観測による炭素繊維強化プラスチック複合材の劣化機構研究2021

    • 著者名/発表者名
      丸本一弘
    • 学会等名
      第70回高分子討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] オペランド電子スピン共鳴を用いた発光電気化学セル(LEC)の素子動作機構解明2021

    • 著者名/発表者名
      丸本一弘
    • 学会等名
      高分子学会 21-2有機エレクトロニクス研究会 発光材料・デバイスの新展開
    • 招待講演
  • [学会発表] n型およびp型フロントエミッタ型c-Si太陽電池の分極型PID挙動の比較2021

    • 著者名/発表者名
      山口世力、城内紗千子、中村京太郎、丸本一弘、大下祥雄、増田淳
    • 学会等名
      第18回次世代の太陽光発電システムシンポジウム(第1回日本太陽光発電学会学術講演会)
  • [学会発表] Elucidation of deterioration mechanism of polymer solar cells using ESR spectroscopy and improvement of nanosheet performance2021

    • 著者名/発表者名
      D. Xue, K. Tsukagoshi, K. Marumoto
    • 学会等名
      Workshop: TIA “Kakehashi” on Organic/Inorganic Spin Electronics Research
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Operando electron spin resonance of organic and inorganic electronic device2021

    • 著者名/発表者名
      K. Marumoto
    • 学会等名
      Workshop: TIA “Kakehashi” on Organic/Inorganic Spin Electronics Research
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 23.6%-高効率スズー鉛混合型ペロブスカイト太陽電池: アンモニウム基をもつ表面添加剤の効果2021

    • 著者名/発表者名
      Shuaifeng Hu、大塚健斗、Richard Murdey、中村智也、Minh Anh Truong、山田琢允、半田岳人、松田和大、中野恭兵、佐藤睦、丸本一弘、伹馬敬介、金光義彦、若宮淳志
    • 学会等名
      第48回有機典型元素化学討論会
  • [学会発表] Microscopic Investigation of Charge States in Perovskite Solar Cells with a Novel Hole-Transport Material by Electron Spin Resonance2021

    • 著者名/発表者名
      L. Lihui, X. Zou, W. Dai, D. Xue, T. Nakamura, A. Wakamiya, K. Marumoto
    • 学会等名
      Materials Research Meeting (MRM) 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct Observation of Charge Transfer in PEA-Containing Tin Perovskite Soalr Cells by Electron Spin Resonance2021

    • 著者名/発表者名
      A. Sato, M. Motohashi, Y. Wang, D. Xue, T. Nakamura, A. Wakamiya, K. Marumoto
    • 学会等名
      Materials Research Meeting (MRM) 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Operando Direct Observation of Charge States in Lead-Free Tin-Halide Perovskite Solar Cells2021

    • 著者名/発表者名
      K. Marumoto
    • 学会等名
      Materials Research Meeting (MRM) 2021
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] Analysis of Degradation by Various Spectroscopic Methods”, Handbook of Organic Light-Emitting Diodes2021

    • 著者名/発表者名
      K. Marumoto
    • 総ページ数
      850
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      978-4-431-55761-6
  • [備考] 丸本研究室ホームページ

    • URL

      https://www.ims.tsukuba.ac.jp/~marumoto_lab/

  • [備考] Home page of Marumoto laboratory

    • URL

      https://www.ims.tsukuba.ac.jp/~marumoto_lab/index-e.html

  • [産業財産権] 電子スピン共鳴装置及び劣化評価方法2022

    • 発明者名
      丸本一弘
    • 権利者名
      筑波大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-001004

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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