極微量ドーピング有機薄膜太陽電池の開発

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2016年度は、有機単結晶への極微量ドーピング効果について基礎的に解明するため、有機FETによる移動度評価に取り組んだ。有機単結晶にはルブレンを、ドーパントにはアクセプターとして塩化鉄を用いた。ルブレン分子を低速で蒸着することで、ルブレン単結晶基板上に結晶成長させ（ホモエピタキシャル成長）、同時に回転円板シャッターを用いた極超低速蒸着技術を駆使して、塩化鉄を蒸着し、ルブレン単結晶膜にドーピングした。今回、FET移動度（μFET）の温度依存性を測定することで、ドーピングに伴って形成される欠陥がトラップとして働き、有機単結晶のドーピング効率を低下させていることを明らかにした。ドーピング濃度を0から500 ppmまで増大していくと、μFETは0.52から2.3 x 10-3 cm2V-1s-1まで減少した。さらに25から50℃の温度領域において、Arrhenius型の温度依存性を示した。今回、観測したμFETは、正孔がトラップに滞在する時間を含んだドリフト移動度と見なせ、傾きからトラップの活性化エネルギー（Ea）を算出できる。500 ppmではEa = 0.37 eVと決定でき、Eaはアクセプター準位よりもかなり深い位置にあることが分かった。塩化鉄1分子のドーピングに対して、格子欠陥に由来するトラップが9割以上の割合で形成され、発生した正孔を捕獲するため、ドーピング効率が低下するモデルを提出した。有機単結晶に効率良くドーピングするためには、トラップを抑制しながらドーピングできる作製方法（アニール処理等）や新たなドーパントの開発がさらに必要であるという知見を得ることが出来た。