有機デバイスの動作環境下における電子構造と伝導電子の直接観測

直接观察有机器件运行环境中的电子结构和传导电子

基本信息

批准号：
10J07037
负责人：
町田真一
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Chiba 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 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究で開発した高感度光電子収量分光/高感度低エネルギー光電子分光複合実験装置を用いて,実際の有機薄膜太陽電池と同様の膜厚構造をもつC_<60>/ルブレン/金界面の電子構造を測定した.ルブレン/金界面について,埋もれた界面の電子状態を一般のHe I励起光電子分光よりも高感度に検出し,金基板のフェルミ準位までルブレン薄膜そのものに由来する微少状態密度が存在していることがわかった,また,C_<60>/ルブレン界面について,実際の太陽電池と同程度の圧膜積層構造における電子構造の観測に成功し,界面形成のごく初期の課程でモルフォロジーの変化が生じることを見出した.従来の紫外光電子分光では試料帯電の問題から,実デバイスと同様の圧膜積層構造をもつ系は測定そのものが困難であった.従ってモデル界面の電子構造測定にとどまっており,実際のデバイスの電子構造を必ずしも反映していないことが問題となっていた,本研究では,試料から放出される全光電子数を必要最小限に抑えつつ高感度に光電子を検出することで試料帯電を克服し,より現実のデバイスに近い構造の電子状態を高感度で測定する実験装置の開発に成功した.また,1.4-8.0eVの波長可変低エネルギー光源を用いることによってHeIを励起光源に用いた場合に比べて光電子の検出深度を大きくすることができ,埋もれた界面をこれまでよりも高感度に観測できることもわかった.多くの有機半導体及び有機デバイスにおいて存在すると考えられているエネルギーギャップ内の微少状態密度を実デバイスに則って測定できる本手法の開発は,有機デバイスの動作機構の根本理解につながる重要な成果である.

利用本研究开发的高灵敏度光电子产率谱/高灵敏度低能光电子能谱组合实验装置，我们研究了C_<60>/红布烯/金界面的电子结构，其膜厚结构类似于我们测量了红荧烯/金界面埋入界面的电子态。它的检测灵敏度比 I 激发光电子能谱更高，并且发现源自红荧烯薄膜本身的微小态密度存在于金基板的费米能级。薄膜堆叠结构可与太阳能电池相媲美，并发现形态在界面形成的早期阶段发生变化。使用传统的紫外光电子能谱，由于样品充电的问题，很难测量具有与实际器件类似的薄膜堆叠结构的系统，问题是不一定反映实际器件的电子结构。通过高灵敏度地检测光电子，同时最大限度地减少光电子总数，我们成功地开发了一种实验装置，该装置可以克服样品带电的问题，并以高灵敏度测量更接近真实装置的结构的电子状态。采用1.4-8.0 eV波长可调低能光源，相比HeI作为激发光源可以提高光电子的探测深度。还发现可以以比以往更高的灵敏度观察埋入界面。被认为存在于许多有机半导体和有机器件中的能隙内的微小态密度，可以根据实际器件进行测量。这种测量方法的研究是一个重要的结果，它将导致人们对有机器件的工作机制有一个基本的了解。