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

利用新型分子取向技术提高液晶有机半导体太阳能电池性能的研究

• 批准号: 15J00448
• 负责人: 大森 雅志
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00448/
• 关键词: 配向処理; 液晶性有機半導体; ディスコティック液晶; フタロシアニン; 配向制御; 電界効果トランジスタ; 微小角入射広角X線散乱; 単結晶X線構造解析; フタロシアニン誘導体

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。

本研究的目的是控制薄膜中液晶有机半导体的取向，以改善器件中的载流子传输性能。据报道，使用了作为液晶有机半导体具有高载流子传输性能的酞菁衍生物。制造了两种类型的薄膜，（i）平面取向薄膜和（ii）垂直取向薄膜，每种取向薄膜均用于晶体管和太阳能电池应用。 (i) 平面取向薄膜利用棒涂法能够缓慢且单轴成膜的特性，制作了在1mm见方的大面积上均匀的平面取向薄膜。通过单晶X射线结构分析和小角入射广角X射线散射阐明了取向薄膜中的分子取向方向和晶体结构。另外，使用取向薄膜制作了晶体管元件。结果表明，通过取向处理，载流子迁移率得到改善，并且酞菁衍生物在柱轴方向上具有高载流子迁移率。 (ii)垂直取向薄膜通过利用酞菁衍生物的性质来制造垂直取向薄膜，即通过将酞菁衍生物在不存在气-液界面的情况下形成液晶相来诱导垂直取向。在受控温度条件下利用小角入射广角X射线散射阐明了薄膜中分子取向的方向，并揭示了液晶相中诱导了垂直取向。另外，使用该取向薄膜制作太阳能电池元件。结果表明，取向处理将迁移率提高了约40倍，并且改善了太阳能电池的特性，证明了该取向处理方法的有用性。

项目成果

Single Crystal Growth and X-ray Structure Analysis of Non-Peripheral Octahexyl Phthalocyanine

非外围八己基酞菁的单晶生长及X射线结构分析

• 发表时间: 2016
• 影响因子: 1.8
• 作者: Masashi Ohmori; Chika Nakano; Tetsuya Miyano; Norimitsu Tohnai; Akihiko Fujii;Masanori Ozaki
• 通讯作者: Masanori Ozaki

Selective crystal growth of polymorphs and crystal-to-crystal thermal phase transition of non-peripherally alkyl-substituted phthalocyanine and tetrabenzotriazaporphyrin

非外围烷基取代的酞菁和四苯并三氮杂卟啉的多晶型物的选择性晶体生长和晶体到晶体的热相变

• DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.11.075
• 发表时间: 2017
• 作者: M. Ohmori; C. Nakano; A. Fujii; Y. Shimizu;M. Ozaki
• 通讯作者: M. Ozaki

Mechanism of Selective Crystal Growth in Non-Peripheral Hexyl-Substituted Phthalocyanine and Tetrabenzotriazaporphyrin

非外围己基取代酞菁和四苯并三氮杂卟啉的选择性晶体生长机理

• 发表时间: 2016
• 作者: Masashi Ohmori; Chika Nakano; Akihiko Fujii; Yo Shimizu; Masanori Ozaki
• 通讯作者: Masanori Ozaki

薄膜中におけるNon-peripheral型ヘキシルフタロシアニンの分子パッキング構造の決定

薄膜中非外围己基酞菁分子堆积结构的测定

• 发表时间: 2015
• 作者: 大森 雅志;中野 知佳;東 卓也;藤内 謙光;藤井 彰彦;尾崎 雅則
• 通讯作者: 尾崎 雅則

Fabrication of field-effect transistor utilizing oriented thin film of octahexyl-substituted phthalocyanine and its electrical anisotropy based on columnar structure

利用八己基取代酞菁取向薄膜制备场效应晶体管及其基于柱状结构的电各向异性

• DOI: 10.7567/jjap.57.03eh10
• 发表时间: 2018
• 影响因子: 1.5
• 作者: Ohmori Masashi;Nakatani Mitsuhiro;Kajii Hirotake;Miyamoto Ayano;Yoneya Makoto;Fujii Akihiko;Ozaki Masanori
• 通讯作者: Ozaki Masanori