2015 Fiscal Year Annual Research Report
分光学的アプローチによる有機半導体におけるキャリア輸送機構の評価
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15H03971
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
間中 孝彰 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (20323800)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩本 光正 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (40143664)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 有機デバイス / 分光測定 / 光第二次高調波発生 / 蛍光 / キャリア輸送 / ポンププローブ分光 / 電荷変調分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、新しいプロセスの開発などにより単結晶材料のデバイスへの応用が再び脚光を浴びているが、単結晶材料におけるキャリア輸送機構の研究は依然として重要な位置を占めている。本研究では、分光学的アプローチから、電荷分布や電界分布を可視化することで、単結晶薄膜や高配向薄膜におけるキャリア輸送機構を明らかにすることを目的としている。本年度は、低分子系単結晶性薄膜における移動度向上を目指した製膜条件の最適化から行った。また、電荷・電界存在下における蛍光強度減衰を利用することで、発光性有機半導体薄膜におけるキャリア輸送評価が可能であることが実験的に示されたため、新しいキャリア輸送評価法の確立を目指し、この現象の詳細を検討した。
有機単結晶は無機結晶と比較して、ファンデルワールス結合による弱い分子間相互作用が特徴である。このことは、有機結晶がそれほどリジッドでないことを示しており、製膜条件を調整することによる結晶構造を制御が期待できる。ここでは、TIPS pentaceneを材料として、ブレードコート法の製膜条件を変え、移動度がどのように変化するかを検討した。その結果、特定のブレード移動速度において移動度が最大となり、その条件では結晶中の移動度異方性も大きくなることが明らかとなった。これらの移動度異方性については、時間分解SHG法により評価を行った。
蛍光減衰法の検討に関しては、蛍光顕微鏡像のリアルタイムイメージング測定系を新たに構築し、フルオレン系コポリマーにおけるキャリア輸送を評価した。このコポリマーを用いることで、両極性動作が可能となり、電子とホールの輸送特性の違いなども評価できる。実際に、配向膜においてはホールのほうが異方性が大きいという結果が得られており、これはHOMOとLUMOの軌道の違いによって現れているものと結論づけた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今回、電荷・電界存在下における蛍光強度減衰を利用することで、発光性有機半導体薄膜におけるキャリア輸送評価が可能であることを実験的に示すことができ、これにより当初計画にはなかった蛍光減衰法という新しいキャリア輸送評価法の可能性が拓けた。分光学的手法を用いることの意義は、この手法がデバイス中の電界・電荷分布といった空間的情報を画像化できるだけでなく、キャリアの置かれている環境をエネルギー的にも評価可能であることにある。この蛍光減衰法は、空間的な情報のみならずエネルギー（スペクトル）的な評価もできるため、非常に強力な手法となる可能性を有している。また、ポンププローブ分光をベースとして、有機太陽電池におけるキャリアの初期過程を評価するシステムも立ち上げた、これは過渡吸収測定システムとSHG評価システムを同時評価する装置であり、励起子生成から分離・輸送までの様子を一貫して評価できるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
順調に計画が進んでいるため、今後も新しい現象や手法を取り入れながら研究を進めていく予定である。特に、当初計画にはなかった蛍光減衰法という新しいキャリア輸送評価法の可能性が拓けたことで、分光学的測定の幅が拡がった。この手法については評価法としての確立を目指し、重点的に研究を進めていく予定である。また、新たに立ち上げた過渡吸収測定とSHGの同時評価システムについても積極的に用い、有機太陽電池におけるキャリア素過程の評価を実施していく。分光学的手法で得られるミクロな物理量は、移動度の理論予測に必要なパラメータをそのまま反映している。新しい現象や手法を取り入れながら電気測定・光学測定・理論計算という３つの柱により、有機半導体中にキャリア輸送機構を系統的に明らかにしていく。
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