CuSCN/有機色素ハイブリッド薄膜の自己組織化電析と次世代デバイスへの展開

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本研究ではチオシアン酸銅(CuSCN)の製膜条件と基礎的な物性の相関解明、すなわち結晶性、光学特性、エネルギー構造を調べると共に、有機ELホール注入層およびペロブスカイト太陽電池ホール抽出層に応用し、デバイス特性制御手段としての有用性を明らかにした。まず、種々の制御因子と得られる膜構造や物理物性の相関解明に取り組んだ。溶媒や用いる基板、電位などの変化が及ぼすCuSCN薄膜への影響の調査に加え、特に浴中のCu2+:SCN-原料濃度比によって、形態、結晶配向、ヘイズ率を高度に制御できることと、バンドギャップ不変のまま、仕事関数を広範囲に制御し得ること明らかにした。さらにデバイスへの応用として電析CuSCNを用いた薄膜ダイオードを作製評価した。高い整流性と共に、仕事関数の変動に呼応してオンセット電圧が変動し、電析法によるエネルギー構造制御がデバイス特性に反映されることが明らかとなった。また、電析CuSCNをホール輸送層に用いた有機EL素子を作製評価を行った。Cu2+過剰浴からの電析で価電子帯を浅くすることで動作電圧の低減と発光効率が向上することが分かり、発光層に適合したCuSCNのエネルギー構造制御が可能であることを示した。一方、鉛ハライドペロブスカイト太陽電池ではホール抽出層にCuSCN電析膜を用い、デバイス特性への影響を調べた。ELの場合とは逆に、SCN-過剰浴からの電析で価電子帯を深くすることで、開回路電圧と変換効率の向上が果たせることが確認された。上記の成果より塗布法では不可能な電析法独自の機能制御の余地の大きさと、それがデバイス性能向上への有効な手段となることを明らかにした。