超解像度光学顕微鏡による共役高分子相分離構造の研究

利用超分辨光学显微镜研究共轭聚合物相分离结构

基本信息

批准号：
10F00041
负责人：
伊藤紳三郎
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

共役系高分子は有機エレクトロニクスを担う材料として盛んに研究されている。近年注目されている薄膜太陽電池においては、電子ドナーとアクセプター材料を混合し、相分離させることで得られるバルクヘテロ構造が多く用いられている。そのため共役高分子の相分離現象について基礎的な知見を得ることは構造制御のために不可欠である。本研究では最新のプローブ顕微鏡法を用いることで共役高分子の相分離構造とその形成過程について明らかにすることを目的としている。本年度は、共役高分子の構造評価を行うにあたって有効な顕微鏡法の開発を行った。共役高分子の構造解析には近接場光学顕微鏡が有効であるが、これに加えて試料の半導体特性を利用した電流AFM測定についても検討した。試料-探針間の電圧を制御することにより、高分子種の同定が可能であり、電流AFMを通して高分解能で共役高分子の相分離薄膜の構造評価を行えることが分かった。試料となる共役高分子として、poly(3-hexylthiophene)(P3HT)と狭バンドギャップ共役高分子N2200を用いた。P3HTは薄膜太陽電池で広く用いられており、N2200は近赤外領域までの光を吸収することが可能であり、また高い電子輸送性を示すことから、高い性能の太陽電子素子を与えることが期待される。しかしながら、その光電変換効率は0.11%に留まり、期待される値よりも著しく小さかった。その原因を考察するため、電流AFMにより構造評価を行ったところ、数100～1μmのドメイン構造を形成していることが分かった。そのため光吸収によって発生した励起子を効率よく電荷分離させることができないことが示唆され、その構造制御が重要であることが明らかになった。

共轭聚合物被积极研究为负责有机电子产品的材料。在近年来引起人们注意的薄膜太阳能电池中，在许多情况下，使用了通过混合电子供体和受体材料和相位分离获得的散装异质结构。因此，至关重要的是要获得有关结构控制的共轭聚合物的相分离现象的基本知识。这项研究旨在通过使用最新的探针显微镜来阐明共轭聚合物的相分离结构及其形成过程。今年，我们开发了一种有效的显微镜方法来评估共轭聚合物的结构。近场光学显微镜对于共轭聚合物的结构分析有效，但是除此之外，还研究了使用标本的半导体特征的当前AFM测量值。已经发现，通过控制样品和探针之间的电压，可以鉴定聚合物物质，并且可以通过当前AFM高分辨率评估相结合聚合物的相位分离薄膜的结构。聚（3-己基噻吩）（P3HT）和狭窄的带隙共轭聚合物N2200用作共轭聚合物作为样品。 P3HT广泛用于薄膜太阳能电池，N2200能够吸收光到近红外区域，并且还具有高电子传输性能，因此预计它将提供具有高性能的太阳能电子设备。但是，光电转换效率仅为0.11％，显着低于预期值。为了检查原因，使用电流AFM评估结构，发现形成了数百至1μm的域结构。这表明，光吸收产生的激子不能被电荷有效分离，并且已经揭示了结构控制很重要。