液晶性有機半導体のナノ構造化と太陽電池への応用

液晶有机半导体的纳米结构及其在太阳能电池中的应用

基本信息

批准号：
16750158
负责人：
舟橋正浩
金额：
$ 2.5万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2005)Tokyo Institute of Technology (2004)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

・薄膜化室温付近で高次のスメクティック相を示す3-TTP-yne-4および、6-TTP-yne-4はスピンコート法、および、キャスト法により薄膜化が可能であった。溶液の濃度、および、回転速度を調整することにより、厚さ数100nm-数・mの薄膜を作成できた。偏光顕微鏡観察によると、数・m-数100・m程度のグレインが形成されており、一般的な分子性結晶の蒸着膜よりも大きなサイズのグレインが形成されていた。・光電変換材料への応用キャスト法によって作成した薄膜を用いて、ITO/3-TTP-yne-4/Alの構成の光電セルを作成し、光起電力を調べた。電極構造の非対称性に基づく整流特性が観測され、3-TTP-yne-4が吸収する波長400nmの可視光を照射した場合には、印加電圧0Vにおいて、正負両極金属の仕事関数の差に由来する0.5V程度の光起電力が観測された。しかし、短絡電流は数100nAと低かった。これはキャリア生成効率が低いためと考えられる。・移動度の向上2-phenylnaphthalene誘導体、および、alkylterthiophene誘導体のスメクティック相での分子間距離をX線回折により測定したところ、Fig.2に示すように、キャリア移動度とスメクティック層内の分子間距離との間に明確な相関関係が存在することがわかった。移動度を決める要因は分子間距離と、液晶分子の芳香環部分のπ軌道のひろがりであり、高移動度実現のためには、オリゴチオフェンのようなvan der Waals半径の大きなヘテロ元素を有する芳香環を有する液晶材料が有利であること、また、高次のスメクティック相において分子が密にパッキングしていることが重要であることが明らかとなった。3-QTP-yne-4は室温付近で、0.1cm2/Vsのホールの移動度を示した。この値は液晶材料としては最高の値であり、分子性結晶やアモルファスシリコンの値に匹敵する。この結果は、液晶材料でも分子構造を工夫して高次のスメクティック相を出現させることにより、分子性結晶並みの高品質な半導体を実現できることを示している。

- 在房间温度下表现出高阶近晶相的3-TTP-YNE-4和6-TTP-YNE-4拍摄，可以通过旋转涂层和铸造使薄薄层。通过调节溶液浓度和旋转速度，可以产生厚度为100 nm-m的薄膜。根据极化光显微镜观察，形成了约几个M-100 m的晶粒，并且比典型的分子晶体沉积膜的晶粒大小更大。 - 使用通过应用的铸造方法为光电转换材料创建的薄膜，制备了带有ITO/3-TTP-YNE-4/Al结构的光电细胞，并检查了光伏功率。观察到基于电极结构的不对称性的整流特性，当辐射的波长为400 nm的波长为400 nm的可见光被照射时，由于在0V的施加电压下观察到正值和负金属的工作功能差异约为0.5V。但是，短路电流在几百个NA处较低。这被认为是由于载体的产生效率低。 - 迁移率的改善：在2-苯基萘衍生物的晶状体相位的分子间距离和X射线衍射的烷基噻吩衍生物的衍生物的测量值明显的相关性表明，载体迁移率与近距离的距离或近距离的距离，如图2所示。液晶分子的芳香环部分。据透露，为了实现高迁移率，具有芳香环（例如寡刺）的液晶材料是有利的，并且重要的是，在高阶近层相中，分子密集地挤满了分子。 3-QTP-yne-4在室温大约在室温下显示0.1 cm2/vs的孔迁移率。该值是液晶材料的最高值，与分子晶体和无定形硅相当。该结果表明，可以通过创建高阶晶状体相通过设计液晶材料的分子结构来实现与分子晶体相似的高质量半导体。