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有機薄膜太陽電池の開発

有機薄膜太陽電池作製評価装置

メンバー: 嘉治寿彦

分野: 応用物理学、物理学、材料化学

所属: 工学研究院

キーワード: 有機半導体、有機薄膜太陽電池、有機薄膜、薄膜成長、結晶成長、太陽電池、有機エレクトロニクス

ウェブサイト:

研究概要

これまで、有機半導体エレクトロニクスという分野で以下の研究をおこなってきました。

(1)有機半導体デバイス(太陽電池・トランジスタ・ダイオードなど)
(2)有機半導体薄膜構造制御・有機半導体結晶成長
(3)有機半導体電子状態制御

この中で特に最近は、以下の有機太陽電池について原理と効率との両面を睨んで研究に励んでいます。

ペンキの原料などを精製した有機半導体は結晶になると高い電荷移動度と理想的な半導体特性を示す潜在能力があります。この潜在能力をnm~μmの複雑な入れ子構造(有機薄膜太陽電池の理想構造)で発揮させる技術を、独自に開発した真空蒸着時に液体分子を導入する共蒸発分子誘起結晶化法を活用して確立します。また、そのような系でのみ見出せる現象と物理法則とを結び付けて研究します。
また、上記の独自技術、共蒸発分子誘起結晶化法は、有機薄膜太陽電池のために考案した方法で、真空蒸着中に液体を導入することで有機混合膜の結晶化を促進します。しかし研究を進めるうちに、この手法は有機半導体の真空蒸着法の本質的な拡張法であることが明らかになってきており、この手法を様々な材料に適用するとともに、この薄膜成長法の原理も探究します。

主要論文・参考事項

・T. Kaji, S. Nakao, M. Hiramoto, "Effect of Co-evaporant Induced Crystallization on Needle Growth of Phthalocyanine Thin Films", Molecular Cryst. Liq. Cryst., 578, 63-67, (2013).

・T. Kaji, M. Zhang, S. Nakao, K. Iketaki, K. Yokoyama, C. W. Tang, M. Hiramoto, "Co-evaporant induced crystalline donor:acceptor blends in organic solar cells", Adv. Mater., 23, 3320-3325 (2011).

・M. Kubo, K. Iketaki, T. Kaji, M. Hiramoto,"Conduction-type control of fullerene films from n- to p-type by molybdenum oxide doping",Appl. Phys. Lett., 98, 073311 (2011).

・T. Kaji, T. Takenobu, A. Morpurgo, Y. Iwasa, "Organic single-crystal Schottky gate transistors", Adv. Mater., 21(36), 3689-3693 (2009).

・T. Kaji, S. Entani, S. Ikeda, K. Saiki, "Origin of carrier types in intrinsic organic semiconductors", Adv. Mater., 20, 2084-2089 (2008).

・T. Kaji, T. Shimada, H. Inoue, Y. Kuinobu, Y. Matsuo, E. Nakamura, K. Saiki, "Molecular orientation and electronic structure of epitaxial bucky ferrocene (Fe(C60(CH3)5)C5H5) thin films", J. Phys. Chem. B, 108(28), 9914-9918 (2004).

・嘉治寿彦,"有機薄膜太陽電池の有機半導体混合膜の共蒸発分子誘起結晶化法による結晶化",日本結晶成長学会誌,第41巻2号,96-101頁 (2014).

・嘉治寿彦,"真空蒸着中の液体同時蒸発による有機薄膜太陽電池の結晶化と相分離構造制御", 表面科学, 第35巻4号,184-189頁 (2014).

お問い合わせ先

東京農工大学・先端産学連携研究推進センター
urac[at]ml.tuat.ac.jp([at]を@に変換してください)

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Organic photovoltaic cells

Instruments for organic photovoltaic cells

Research members: Toshihiko Kaji PhD.

Research fields: Applied physics, Physics, Materials chemistry

Departments: Institute of Engineering

Keywords: Organic phtovoltaics, organic thin films, film growth, crystal growth, solar cells, organic electronics

Web site:

Summary

I have been studied topics below, in the field of “organic semiconductor electronics”.

1) Organic semiconductor devices (photovoltaics, transistors, diodes)
2) Structure control of organic semiconductor thin films, growth of organic crystals
3) Electronic state control of organic semiconductors

Especially in the above, recently, I am focusing on mechanism and performance of organic photovoltaic cells. Organic semiconductors, such as an ingredient of paint, have potentially high carrier mobility and ideal semiconductor characteristics when purified and crystallized. To exert these potentials in inevitably complex structure of organic photovoltaics, I will establish fabrication method of crystalline nesting structure of organic semiconductors with free-scale in nm-µm, and study on relationship of phenomena which appear in such system to physical laws.

Here, I utilize an original method “co-evaporant induced crystallization”, where liquid molecules are introduced during vacuum deposition of organic thin films. Although this method was invented for organic photovoltaics, this method can be useful for crystallization of other films. Thus, I will study on the basis of this method, in addition to the study of organic photovoltaic cells.

Reference articles and patents

・T. Kaji, S. Nakao, M. Hiramoto, "Effect of Co-evaporant Induced Crystallization on Needle Growth of Phthalocyanine Thin Films", Molecular Cryst. Liq. Cryst., 578, 63-67, (2013).

・T. Kaji, M. Zhang, S. Nakao, K. Iketaki, K. Yokoyama, C. W. Tang, M. Hiramoto, "Co-evaporant induced crystalline donor:acceptor blends in organic solar cells", Adv. Mater., 23, 3320-3325 (2011).

・M. Kubo, K. Iketaki, T. Kaji, M. Hiramoto,"Conduction-type control of fullerene films from n- to p-type by molybdenum oxide doping",Appl. Phys. Lett., 98, 073311 (2011).

・T. Kaji, T. Takenobu, A. Morpurgo, Y. Iwasa, "Organic single-crystal Schottky gate transistors", Adv. Mater., 21(36), 3689-3693 (2009).

・T. Kaji, S. Entani, S. Ikeda, K. Saiki, "Origin of carrier types in intrinsic organic semiconductors", Adv. Mater., 20, 2084-2089 (2008).

・T. Kaji, T. Shimada, H. Inoue, Y. Kuinobu, Y. Matsuo, E. Nakamura, K. Saiki, "Molecular orientation and electronic structure of epitaxial bucky ferrocene (Fe(C60(CH3)5)C5H5) thin films", J. Phys. Chem. B, 108(28), 9914-9918 (2004).

・嘉治寿彦,"有機薄膜太陽電池の有機半導体混合膜の共蒸発分子誘起結晶化法による結晶化",日本結晶成長学会誌,第41巻2号,96-101頁 (2014).

・嘉治寿彦,"真空蒸着中の液体同時蒸発による有機薄膜太陽電池の結晶化と相分離構造制御", 表面科学, 第35巻4号,184-189頁 (2014).

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