Improvement of vertical carrier mobilities in organic semiconductor thin films and performances of vertical-type devices

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有機半導体薄膜における縦方向移動度を抜本的に向上させることを目的として、基板上の分子配向制御および三次元的な伝導を示す材料の探索を行っている。具体的には、当グループで製法を確立した極薄rGO膜のテンプレート層を用いて分子配向制御することにより、有機薄膜太陽電池の性能向上を目指している。これまでにチオフェンオリゴマーであるα-6T分子においてface-on配向が有機できることを見出しており、昨年度は、α-6T膜をドナーに、サブフタロシアニンをアクセプターに用いた平面ヘテロ接合型太陽電池において、分子配向制御による性能向上を実現した。さらに、α-6Tのface-on配向化により縦方向（膜厚方向）の励起子拡散長が伸びることを見出し、平面ヘテロ接合型太陽電池における新たなデバイス設計指針を提案した。極薄膜rGOをソース電極とし、ゲート電圧印加により絶縁層を介してrGOソース電極のフェルミレベルがシフトする現象を使った縦型有機トランジスタ（rGO-VOFET）の開発を行っている。これまで酸化グラフェンの還元には、ヒドラジン暴露と300℃での加熱処理を行う手法を用いていたが、この場合、フレキシブル基板を用いることができなかった。昨年度は、新たな還元手法としてヨウ化水素を用いた手法を用いることにより、100℃以下の低温で参加グラフェンを還元し、そのrGOを用いてVOFETを動作させることに成功した。さらに、究極的な縦方向移動度向上のためには結晶構造の全方位に大きな電荷カップリングを持ち三次元的な伝導を示す材料が必要であることから、そのような材料を結晶構造データベースから探索する手法の開発に着手した。Cambridge Crystal Structure Databaseを用いて、三次元的伝導に有利なブリックウォール構造の結晶構造を類似構造探索により集め、それらの結晶構造に基づいて電荷カップリングを自動で計算するシステムを開発した。