新規分子配向技術を用いた液晶性有機半導体太陽電池の高性能化に関する研究

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薄膜中における液晶性有機半導体の配向制御を行い、デバイス中におけるキャリア輸送特性向上を目的とした。液晶性有機半導体として高いキャリア輸送特性が報告されているフタロシアニン誘導体を用いた。(i)プラナー配向薄膜および(ii)ホメオトロピック配向薄膜の二種類を作製し、それぞれの配向薄膜を用いてトランジスタおよび太陽電池応用を行った。(i)プラナー配向薄膜バーコート法の低速で一軸の製膜が可能な性質を用いて、1 mm四方の幅広い範囲において一様なプラナー配向薄膜を作製した。配向薄膜中における分子配向方向および結晶構造に関して、単結晶X線構造解析および微小角入射広角X線散乱法により明らかにした。また、配向薄膜を用いてトランジスタ素子を作製した。配向処理によりキャリア移動度が向上すること、フタロシアニン誘導体のカラム軸方向への高いキャリア移動度を明らかにした。(ii)ホメオトロピック配向薄膜気液界面のない状態で液晶相にすることにより、ホメオトロピック配向が誘起されるというフタロシアニン誘導体の性質を利用し、ホメオトロピック配向薄膜を作製した。薄膜中における分子配向方向に関して、温度を制御した状態における微小角入射広角X線散乱法により明らかにし、液晶相においてホメオトロピック配向が誘起されていることを明らかにした。また、配向薄膜を用いて太陽電池素子を作製した。配向処理により移動度が約40倍向上し、太陽電池特性が改善することを明らかにし、本配向処理手法の有用性を明らかにした。