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

有机半导体薄膜垂直载流子迁移率的提高和垂直型器件的性能

• 批准号: 22H01938
• 负责人: 中山 健一
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01938/
• 关键词: 有機半導体; キャリア移動度; 分子配向; 縦型トランジスタ; 縦型デバイス

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。

Organic semiconductor thin film に お け る 縦 direction degree を sorting this に upward さ せ る こ と を purpose と し て, substrate の ligands to suppression お よ び three yuan な 伝 guide line を shown す material の explore を っ て い る. Specific に は, when グ ル ー プ を で know-how for establishing し た thin rGO membrane の テ ン プ レ ー を ト layer with い て ligands to suppression す る こ と に よ り, organic thin film solar cell の performance up を refers し て い る. こ れ ま で に チ オ フ ェ ン オ リ ゴ マ ー で あ る alpha 6 t molecular に お い て face - on match to が organic で き る こ と を shows し て お り, annual は yesterday, alpha 6 t film を ド ナ ー に, サ ブ フ タ ロ シ ア ニ ン を ア ク セ プ タ ー に with い た plane ヘ テ ロ mating type solar cell に お い て, ligands to suppression に よ る performance を upwards Actual occurrence: た. さ ら に, alpha 6 t の face - on match to the に よ り 縦 direction (film thickness direction) の excitation screwdriver company, taking long が stretch び る こ と を see し, plane ヘ テ ロ mating type solar cell に お け る new た な デ バ イ pointer を ス design proposal し た. Extremely thin film rGO を ソ ー ス electrode と し, ゲ ー ト electric 圧 Inca に よ り never try を dielectric layer し て rGO ソ ー ス electrode の フ ェ ル ミ レ ベ ル が シ フ ト す る phenomenon を make っ た 縦 type organic ト ラ ン ジ ス タ (rGO - VOFET) の open 発 を line っ て い る. こ れ ま で acidification グ ラ フ ェ ン の is yuan に は, ヒ ド ラ ジ ン exposed と 300 ℃ で の line heating 処 reason を う gimmick を use い て い た が, こ の occasions, フ レ キ シ ブ ル substrate を with い る こ と が で き な か っ た. Annual は yesterday, new た な yuan gimmick also と し て ヨ を ウ chemical water element with い た gimmick を with い る こ と に よ り, の under 100 ℃ low temperature で attend グ ラ フ ェ ン を yuan し, そ の rGO を with い て VOFET を action さ せ る こ と に successful し た. さ ら に, ultimate な 縦 direction degrees upward の た め に は crystal structure の all-round に big き な charge カ ッ プ リ ン グ を hold ち three yuan な 伝 guide を が necessary で す materials in あ る こ と か ら, そ の よ う を な material crystal structure デ ー タ ベ ー ス か ら explore す る gimmick の open 発 に to し た. Cambridge Crystal Structure Database を with い て, three yuan 伝 に favorable な ブ リ ッ ク ウ ォ ー ル Structure を の crystallization Structure similar to explore に よ り め, そ れ ら の Crystal Structure に base づ い て charge カ ッ プ リ ン グ を で automatically calculate す る シ ス テ ム を open 発 し た.

项目成果

塗布重合法により成膜した共有結合性有機構造体の雰囲気応答性

涂层聚合法形成的共价有机结构的大气响应性

• 发表时间: 2022
• 作者: 坂本昂哉;Qiao Kun; 相澤直矢;鈴木充朗;中山健一;矢坂純也，城田誉士輝，相澤直矢，鈴木充朗，中山健一
• 通讯作者: 矢坂純也，城田誉士輝，相澤直矢，鈴木充朗，中山健一

Synthesis and Characterization of Dinaphtho[2,1-a:2,3-f]pentalene: A Stable Antiaromatic/Quinoidal Hydrocarbon Showing Appropriate Carrier Mobility in the Amorphous Layer

二萘并[2,1-a:2,3-f]并五联烯的合成和表征：一种稳定的反芳香族/醌型烃，在非晶层中表现出适当的载流子迁移率

• DOI: 10.1246/cl.210809
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chemistry Letters
• 影响因子: 1.6
• 作者: Koki Horii;Akira Nogata;Yusuke Mizuno;Haruna Iwasa;Mitsuharu Suzuki;Ken-ichi Nakayama;Akihito Konishi;Makoto Yasuda
• 通讯作者: Makoto Yasuda

ナフタロシアニン誘導体を用いた近赤外領域に選択的に感度を持つ有機薄膜太陽電池

使用萘酞菁衍生物在近红外区域具有选择性灵敏度的有机薄膜太阳能电池

• 发表时间: 2022
• 作者: 林洸斗;相澤直矢;鈴木充朗;中山健一
• 通讯作者: 中山健一

デヒドロベンゾアヌレンを骨格要素とする二次元金属有機構造体の合成

以脱氢苯环烯为骨架元素的二维金属有机骨架的合成

• 发表时间: 2022
• 作者: 林洸斗;相澤直矢;鈴木充朗;中山健一;大久保円造，相澤直矢，鈴木充朗，中山健一
• 通讯作者: 大久保円造，相澤直矢，鈴木充朗，中山健一

University of Vermont(米国)

佛蒙特大学（美国）