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研究内容

機能性を示す有機半導体

有機半導体は21世紀に大きく発展する機能性材料として注目されており、今後ますますその研究の重要性が増すと考えられています。共役高分子や共役低分子などの有機半導体材料は導電性や電界発光(EL)などのすぐれた電子および光機能性をあわせもち、EL素子、電界効果トランジスタ(FET)、太陽電池などの有機エレクトロニクスへの応用研究がなされ、既に一部実用化もされています。これらの機能性の発現機構の解明やその特性の向上を行う上で、分子集合体の構造、有機デバイスの界面構造、その中の電荷キャリア状態などの研究は、重要な課題です。

 

研究テーマ

本研究室では、導電性高分子や導電性低分子などを用いた新しい有機デバイスの開発と特性評価・物性研究および高特性素子開発を中心に、デバイス構造を用いた物性研究や新しいミクロ特性評価・物性研究法の開発などを行い、有機系デバイスの動作原理の解明を目指します。試料としては、有機トランジスタ、有機・ペロブスカイト太陽電池、有機発光ダイオード(有機EL素子)などの有機半導体デバイスを開発・作製し、測定手段としては、電子スピン共鳴(ESR)などのミクロな測定手段と伝導評価などのマクロな測定手段を併用します。そして、分子集合体構造や電荷キャリア状態などの研究を行い、機能性の発現機構の解明や特性の制御と向上、さらには新しい機能性や物性の探索などの、有機半導体材料などの基礎研究およびデバイスへの応用研究を推進しています。

 

研究の特色

本研究室では、有機デバイスの特性向上を目的として、有機デバイス内部の電子状態を調べる研究を進めています。従来のマクロな測定では研究が難しい、デバイスの内部でどのようなプロセスが起こっているのかを精密に調べるため、ESRを用いて有機デバイスのミクロ解析を行う、新しい研究手法を確立しました。この手法を使うと、分子レベルからデバイスの動作原理や問題点を解明することができます。

 

ESRを有機デバイスへ適用することは非常に難しいと考えられていましたが、私たちは世界で初めて、有機デバイスを測定する手法を開発することに成功しました。これからの有機デバイスの設計は、理論と実測に基づいて行うことができるようになると思います。そして、有機デバイスの研究開発の初期段階で、その材料や構造の潜在能力を見積もって、取捨選択することができますので、特性や耐久性の向上にも大きく寄与することができると思います。

 

研究の特長ですが、作製された有機デバイスに対して、通常のマクロ測定を行いながら、同時にESRによるミクロ測定を行います。有機デバイスのマクロな特性を確認しながら、デバイス内部のプロセスを非破壊で観察できるのがポイントです。この手法によって、デバイスが実際に動作している状況下での電荷移動や分子配向などを、精度よく観察することができます。デバイスのどこに、どんな問題があるのか、分子レベルで解明できるため、効率や耐久性を改善する指針も得られます。

 

研究内容の詳細については下記をご参照下さい。

① 有機・ペロブスカイト太陽電池のESR研究
② 有機トランジスタのESR研究
③ 有機発光ダイオードと関連材料のESR研究

 

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