原子間力顕微鏡(AFM)のアサイラム リサーチ

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 有機半導体の局所電流測定                                 
 


有機薄膜太陽電池の光電荷、光電流の局所測定が可能になりました!
有機太陽電池は、生産やプロセッシングが容易なことから、経済的に太陽エネルギーを得る方法として期待されています。 しかしながら、そのような有機起電力(OPV; organic photovoltaic )デバイスの効率はいまだ産業生存に必要なレベルに達していません。このアプリケーションノートでは、OPVのナノスケールモルフォロジーが、その性能に及ぼす影響について調査するための、2つのAFMテクニックである、時間分解 静電気力顕微鏡(trEFM) および 光導電性原子間力顕微鏡(pcAFM)について議論します。


時間分解 静電気力顕微鏡 (Time-Resolved Electrostatic Force Microscopy; trEFM)で、光照射後の静電気力の変化
から、光誘起キャリアの時間変化を測定できます!!

trEFM は、OPVレイヤ上での光誘起電荷の発生、集電、放電における、局所的な変化時間分解測定を利用した非接触なテクニック
です。
右図では、trEFM測定により、有機半導体PFB:F8BTサンプルに
おける、光誘起キャリアの時間変化の局所測定を行いました。
(弊社 MFP-3D-BIO AFM systemを使用)
(A) 光誘起キャリアとカンチレバー間に働く静電気力の
      イメージ図。
(B) 共振周波数の時間変化を捉えています。光誘起キャリアの
      時間変化を意味しています。
(C) 高さのイメージング。
(D) (C)と同じ領域において、(B)から求めたチャージングレート
      をイメージングしています。
(E)  F8BTとPFBの組成に対して、チャージングレートと、
      外部量子効率をプロットしました。
      非常に密接な相関があることを示唆しています。

・局所測定により、サンプル表面構造が電気特性に与える
  影響を捉えることができます。

・完成されたワンボックスシステムで、信頼性のある
  データの取得、高速測定が可能です。

  有機薄膜太陽電池の研究開発に貢献します。



典型的なバルクヘテロ接合有機起電デバイスの模式図


trEFM システム概略図


局所的な光電流を測定を可能にする、光導電性原子間力顕微鏡 (Photoconductive Atomic Force Microscopy; pcAFM)
pcAFM は、コンタクトモードの手法であり、局所的なモルフォロジーや、局所的な光応答との関係性についての有効な情報を得る
ために、光電流の直接的な測定を行います。
右図は、pcAFMにより、有機半導体の電流測定を行ったデータです。
サンプル: P3HT/PCBM
(A) 高さのイメージング。
(B) 光電流のイメージング。
(C) アニール時間に対して、光電流の大きさとEQEを
      プロットしたグラフです。 光電流の大きさは、各ポイントに
      おける電流値を平均化した値で、 EQEはバルクデバイス
      の特性から求めました。
      pcAFMから得られたデータが、期待したデバイス特性と
      一致していることがよくわかります。

・ナノスケールの表面構造、光電気特性の同時評価が
  可能になりました。




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pcAFM システム概略図