時間分解変位電流評価法の確立と有機デバイスのキャリア生成機構の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

本年度は大きく分けて、(1)有機電界効果トランジスタ(OFET)の劣化過程の評価と(2)有機薄膜太陽電池(OSC)内のキャリア挙動の評価を行った。まずは(1)について詳細を示す。一般にOFETの劣化は素子内にトラップが形成されることで生じると考えられているが、素子駆動に伴う詳細なトラップ形成過程は評価されていない。変位電流評価法(DCM)はキャリアの挙動やトラップ形成の有無を評価できる有力な手法であるが、ドレイン電圧を印加したOFET駆動状態における研究はほとんどなされていなかった。本研究ではOFET駆動状態でDCM測定が可能な3端子DCMを提案し、OFETの劣化過程を調べた。素子を低電圧駆動することで閾委電圧のシフトが観測された。またシフト量はDCMで見積もられるトラップ電荷量に比例していることから、OFETの劣化はトラップ電荷によるものと断定できた。また3端子DCM結果から、トラップ電荷は(1)ソース電極直下、(2)チャネル部、(3)ドレイン電極直下と段階的に生じることがわかった。これは電界強度に依存してトラップが形成されるということを明瞭に示している。次に(2)のOSCに関する結果をまとめる。ドナー/アクセプタ積層型のOSCにおいては、Bathocuproine(BCP)層をアクセプタ/カソード界面に挿入することで、変換効率が向上することが報告されている。しかしBCPの最低非占有軌道(LUMO)は1.6-3.0eVと小さく、アクセプタ/BCP界面には大きなエネルギー障壁が存在していることがわかっている。このようなエネルギー障壁は一般に電子の輸送を妨げることから、BCP層挿入による変換効率向上の起源は完全には理解されていないと言える。本研究ではTime-of-flight(TOF)法を使用して電子の放出過程を調べた。その結果、BCP層を挿入しても素子内で生成された電子はスムーズに放出されていることがわかった。これはBCPのLUMO軌道を介して電子放出が生じていると言うよりも、BCPのギャップ内に準位が存在しており、この準位を介して電子放出が生じていることを示唆している。