グラフェン/有機半導体接合を活用した高機能有機薄膜素子開発

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22560002
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 上野 啓司 埼玉大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (40223482)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• キーワード: グラフェン / 酸化グラフェン / 可溶化 / 有機FET / 有機薄膜太陽電池 / 単層剥離 / ヘテロ接合太陽電池

研究概要

化学的薄片剥離法により形成した可溶化グラフェンを,太陽電池や電界効果トランジスタの構成材料として用いることで,素子性能の向上を試みた。その結果,可溶化グラフェンを添加した塗布形成薄膜太陽電池において,12%超の光電変換効率を達成した。また,有機薄膜電界効果トランジスタの移動度を可溶化グラフェン添加により3倍向上することや,グラフェン透明電極を有する透明トランジスタを作製することにも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of molybdenum oxide molecular doping on the chemical structure of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly (stylenesulfonate) and on carrier collection efficiency of silicon/poly(3,4-ethylene dioxythiophene):poly(stylenesulfonate) heterojunction solar cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Q. Liu, I. Khatri, R. Ishikawa, K. Ueno, and H. Shirai
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 102 ページ: 183503(4)
  • DOI: DOI:10.1063/1.4804298
  • 査読あり
• [雑誌論文] Green-tea modified multiwalled carbon nanotubes for efficient poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styl enesulfonate)/n-silicon hybrid solar cell (2013)
  • 著者名/発表者名: I. Khatri, Z. Tang, Q. Liu, R. Ishikawa, K.Ueno, and H. Shirai
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 102 ページ: 063508(5)
  • DOI: DOI:10.1063/1.4792691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Organic Photovoltaic Cells Using MoO3Hole-Transporting Layers Prepared bySimple Spin-Cast of Its Dispersion Solutionin Methanol (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kishi, Y. Kubo, R. Ishikawa, H. Shirai, and K. Ueno
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 52 ページ: 020202(3)
  • DOI: DOI:10.7567/JJAP.52.020202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Top-contacted Organic Field-effect Transistors with Graphene Electrodes Prepared by Laminate Transfer method (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Suganuma, T. Gotou, and K. Ueno
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 5 ページ: 125104(3)
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.5.125104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Increased Organic Photovoltaic Cell Efficiency by Incorporating a Nonionic Fluorinated Surfactant Cathode Interlayer (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Ishikawa, H. Shirai, and K. Ueno
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 5 ページ: 121601(3)
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.5.121601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly efficient crystalline silicon/Zonyl fluorosurfactant- treated organic heterojunction solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Q. Liu, M. Ono, Z. Tang, R. Ishikawa, K.Ueno, and H. Shirai
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 100 ページ: 183901(4)
  • DOI: DOI:10.1063/1.4709615
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Crystalline Si/Poly(ethylene dioxythiophene):Poly (styrene sulfonate):Graphene Oxide Composite Heterojunction Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ono, Z. Tang, R. Ishikawa, T. Gotou, K.Ueno, and H. Shirai
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 5 ページ: 032301(3)
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.5.032301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficient Organic Photovoltaic Cells Using Hole-Transporting MoO3 Buffer Layers Converted from Solution-Processed MoS2 Films (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Kato, R. Ishikawa, Y. Kubo, H. Shirai, and K. Ueno
  • 雑誌名: Jpn. J.Appl. Phys 巻: 50 ページ: 071604(5)
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.071604
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atmospheric-pressure argon plasma etching of spin-coated 3,4-polyethylene dioxythiophene:polystyrenesulfonic acid (PEDOT:PSS) films for cupper phtalocyanine (CuPc)/C60 heterojunctionthin-film solar cells (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Ino, T. Hayshi, K. Ueno, and H. Shirai
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 519 ページ: 6834-6839
  • DOI: DOI:10.1016/j.tsf.2011.04.042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Transparent and Flexible Organic Field-Effect Transistors with Solution-Processed Graphene Source-Drain and Gate Electrodes (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Suganuma, S. Watanabe, T. Gotou and K.Ueno
  • 雑誌名: Appl.Phys. Express 巻: 4 ページ: 021603(3)
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.4.021603
  • 査読あり
• [学会発表] Device Application of Graphene and Similar Layered Materials Thin Films (2013)
  • 著者名/発表者名: Keiji Ueno
  • 学会等名: 2013 NIMS CONFERENCE(招待講演)
  • 発表場所: 物質・ 材料研究機構
  • 年月日: 2013-07-02
• [学会発表] MoO3前駆体:酸化グラフェン混合溶液を用いた有機薄膜太陽電池正孔輸送層の塗布形成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 喜志真佑子
  • 学会等名: 2013春季第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-30
• [学会発表] 可溶化酸化グラフェン添加による有機電界効果トランジスタの特性改善(4) (2013)
  • 著者名/発表者名: 菅沼洸一
  • 学会等名: 2013春季第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 可溶化酸化グラフェン添加による有機電界効果トランジスタの特性改善(3):グラフェンソース・ドレイン電極の利用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 坂本舞
  • 学会等名: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] グラフェン電極を用いた有機/無機ハイブリッドCMOS回路の塗布形成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菅沼洸一
  • 学会等名: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] MoO3:GO混合正孔輸送層を用いた有機薄膜太陽電池の性能向上 (2012)
  • 著者名/発表者名: 喜志真佑子
  • 学会等名: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-11
• [学会発表] Solution Processed Graphene Transparent Conductive Film (2012)
  • 著者名/発表者名: Keiji Ueno
  • 学会等名: 2012 The Nineteenth International Workshop on Active-Matrix Flatpanel Displays and Devices -TFT Technologies and FPD Materials- (AM-FPD'12)
  • 発表場所: 京都アバンティ
  • 年月日: 2012-07-05
• [学会発表] 「酸化グラフェンを正孔輸送層とする有機薄膜太陽電池素子のUV-O3処理による性能向上」 (2012)
  • 著者名/発表者名: 久保洋輔
  • 学会等名: 2012春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] グラフェンを電極としたn型FETの溶液塗布法による作製と評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菅沼洸一
  • 学会等名: 2012春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] 可溶化酸化グラフェン添加による有機電界効果トランジスタの特性改善(2) (2011)
  • 著者名/発表者名: 坂本舞
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] グラフェン電極を用いたトップコンタクト型有機FETの作製と評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 菅沼洸一
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] グラフェン/GO/c-Siへテロ接合薄膜太陽電池 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小野正浩
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] 酸化グラフェンを正孔輸送層とする塗布型有機薄膜太陽電池の作製(2) (2011)
  • 著者名/発表者名: 久保洋輔
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] 「有機薄膜太陽電池の光電変換層へのグラフェンドーピング効果(2) (2011)
  • 著者名/発表者名: 石川良
  • 学会等名: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] Fabrication of Polymer Solar Cells with Graphene-doped Active Layers (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryo Ishikawa
  • 学会等名: ICMAT2011
  • 発表場所: Suntec, Singapore
  • 年月日: 2011-06-29
• [学会発表] Fabrication of Solution-processed Transparent Organic Field-effect Transistors with GrapheneElectrodes (2011)
  • 著者名/発表者名: Koichi Suganuma
  • 学会等名: ICMAT2011
  • 発表場所: Suntec, Singapore
  • 年月日: 2011-06-29
• [学会発表] Application of Solution-processed Graphene Oxide and Reduced Graphene Oxide Thin Films to Organic Thin Film Photovoltaic Cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Keiji Ueno
  • 学会等名: ICMAT2011
  • 発表場所: Suntec,Singapore
  • 年月日: 2011-06-29
• [学会発表] 全塗布形成トップゲート構造グラフェン電極有機電界効果トランジスタの作製 (2010)
  • 著者名/発表者名: 渡辺俊一郎
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] トップコンタクト型グラフェン電極を有する塗布型有機FETの作製と評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 菅沼洸一
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2010-09-16
• [学会発表] 酸化グラフェンを正孔輸送層とする塗布型有機薄膜太陽電池の作製 (2010)
  • 著者名/発表者名: 久保洋輔
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2010-09-14
• [図書] グラフェンの機能と応用展望II (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野啓司, 他
  • 総ページ数: 271(119-135,239-251)
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 「透明導電膜有力材料の実力と各種プロセス技術,実用・製品化」 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野啓司, 他
  • 総ページ数: 309(169-182)
  • 出版者: 情報機構
• [図書] 2013ナノカーボン技術大全 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野啓司, 他
  • 総ページ数: 250(102-111)
  • 出版者: 電子ジャーナル
• [図書] 透明導電膜の新展開IV-多様な材料・形成技術の可能性- (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野啓司, 他
  • 総ページ数: 282(94-106)
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 有機薄膜太陽電池の研究最前線 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野啓司, 他
  • 総ページ数: 257(235-246)
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] グラフェンが拓く材料の新領域-物性・作製法から実用化まで- (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野啓司, 他
  • 総ページ数: 268(166-177)
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] 高性能透明ポリマー材料 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上野啓司, 他
  • 総ページ数: 188(147-173)
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] グラフェン・イノベーション電子デバイスを変えるナノカーボン材料革命 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上野啓司, 他
  • 総ページ数: 255(134-145)
  • 出版者: 日経BP
• [図書] 透明導電膜・フィルムの高透明・低抵抗化と耐久性向上 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上野啓司, 他
  • 総ページ数: 495(313-327)
  • 出版者: 技術情報協会
• [備考] 埼玉大学上野研究室公式Webページ
  • URL: http://surface-www.chem.saitama-u.ac.jp/
• [備考] 埼玉大学研究者総覧上野啓司
  • URL: http://s-read.saitama-u.ac.jp/researchers/pages/researcher/TfwSdxoK
• [産業財産権] 「積層体の製造方法」 (2012)
  • 発明者名: 白井肇, 上野啓司 ,辻妹井子
  • 権利者名: 白井肇, 上野啓司 ,辻妹井子
  • 産業財産権番号: 特許、特願2012-192839
  • 出願年月日: 2012-09-03
• [産業財産権] 「疎水性基板上の親水性薄膜均一形 成技術」 (2012)
  • 発明者名: 白井肇, 上野啓司 ,福田武司
  • 権利者名: 白井肇, 上野啓司 ,福田武司
  • 産業財産権番号: 特許、特願2012-037573
  • 出願年月日: 2012-02-23
• [産業財産権] 「光誘起電荷分離素子、光電池及び それらの製造方法」 (2011)
  • 発明者名: 白井肇, 上野啓司 ,後藤拓也,上等和良,辻妹井子,高瀬雄希
  • 権利者名: 白井肇, 上野啓司 ,後藤拓也,上等和良,辻妹井子,高瀬雄希
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-189165
  • 出願年月日: 2011-08-31