Microsoft PowerPoint - グラフェン研究スライド pptx

グラフェン透明導電膜

上野 啓司

埼玉大学大学院理工学研究科 物質科学部門

（理学部 基礎化学科）

可溶化グラフェン材料の形成と

有機薄膜素子への応用

A.K. Geim and K.S. Novoselov, Nature Mat. 6 (2007) 183.

グラフェンについて

フラーレン ナノチューブ グラファイト

sp

2

_{結合した炭素シート}

単層シート

_{→グラフェン}

平面であることが重要

グラフェン中のキャリア伝導



グラフェン格子：

高い完全性，低欠陥，低不純物，低電荷密度



強い原子間結合：

弱い電子－フォノン相互作用

→ キャリア移動に対する散乱が非常に小さい

K，K’点近傍での エネルギー分散 

フェルミ準位近傍の電子状態：ニュートリノ

と同じ状態方程式で記述される

→ 「

静止質量ゼロ

」



光速の１／３００で運動する荷電粒子



２次元層内に閉じ込められたキャリア

↓

他物質には見られない特異性があるのでは？

・・・２００４年まで実証されず

→ 絶縁性基板上にグラフェンを形成できず

・

2004年： 絶縁基板上への単層グラフェン薄膜形成

が実現し，様々な

特異物性が初めて測定される（

A. Geimら）

[1,2]

・ 単結晶グラファイト薄片を粘着テープで繰り返し剥がして薄くし，熱酸化

シリコン基板にこすりつけて作製

・

300 nmの酸化膜

上では単層グラフェンを光学顕微鏡で確認可能

・ 「

薄膜成長が困難なら，単結晶を剥がせばいい！！

」

絶縁基板上グラフェン薄膜の形成実現

熱酸化SiO

₂

上への

転写（AFM像）

[1] K.S.Novoselov et al., Science 306 (2004) 666. [2] K.S.Novoselov et al., PNAS 102 (2005) 10451.

グラフェンが示す「最高」 （Ｇｅｉｍ教授講演）



想像しうる

最も薄い

物質



質量あたり

最も広い

表面積

（

3,000 m

2

/g）



測定された中で最も

強靱

な物質

（破壊強度

130 GＰa以上）



知られている中で最も

堅い

物質

（ダイアモンド以上）



最も

伸長

，

折り曲げ

できる結晶

（ヤング率

1000 GPa以上）



熱伝導度

の最高記録

（

3,000 W/mK, ダイアモンド以上）



室温で最高の

電流密度

（銅（

10

6

A/cm

2

）の

1000倍以上）



完全な

物質不透過性

（高圧の

He気体をブロック）



最も高い

電荷移動度

（

Siの100倍以上，～10

6

cm

2

/Vs）



伝導電子ゼロの極限でも電気伝導



最も

軽いキャリア

（

Dirac fermion：有効質量ゼロ）



室温で最も長い

電荷平均自由行程

（～

μm）

※ ICMAT2011基調講演（2011年6月29日，シンガポール）

・ 非常に高いキャリア移動度

→ 高速トランジスタへの応用

・ 高い電気伝導度

→

透明電極への応用

低い電荷密度・・・近赤外光も透過

・ π共役電子系を持つ

→

有機半導体素子電極への応用

（

_{FET，太陽電池，EL）}

・その他： 帯電防止，電磁波遮閉，スーパーキャパシタ／２次

電池電極，水素貯蔵，耐熱／導電複合材料，など

単層グラフェン・グラフェン積層膜の応用

ＩＴＯ代替透明電極へのグラフェン応用



インジウム鉱物の供給（一次資源）：以前ほどは中国に片寄っ

ておらず，韓国からの輸入が急増。日本でも産出。



リサイクル（二次資源）：スパッタターゲットの回収が本格化，

一次資源量より多い。

・・・

当面は大丈夫

かもしれないが，需要は今後も増加する。



ＩＴＯが苦手とする分野

フレキシブル素子用の透明電極・・・電子ペーパー

高温加熱，耐久性を要する透明電極・・・色素増感太陽電池

長波長赤外線を利用したい素子・・・太陽電池

↓

グラフェンを透明導電膜として利用できないか？

→

成膜法は？

グラフェン透明導電膜の形成手法



①

CVD法：

炭化水素ガス熱分解／プラズマ

CVD



単結晶表面上・・・金属単結晶基板，金属エピタキシャル成長膜



多結晶表面上・・・金属箔，金属多結晶蒸着膜



②溶液塗布法：

単結晶グラファイトの単層剥離，可溶化



酸化グラフェン溶液を用いた塗布成膜，還元



グラファイト粉末の直接単層剥離，可溶化と塗布成膜

↓

透明導電膜形成はこの２つの手法が主流



③

SiC（0001）表面上での熱分解によるエピタキシャル膜形成

→ 高移動度トランジスタ応用が主目的



天然単結晶黒鉛粉末

(粒径 1～100 μm)を濃

H

₂

SO

₄

，

KMnO

₄

で

酸化



酸化グラファイト水溶液に超音波を照射，あるいは

遠心分離

と沈殿の

再分散を繰り返すことで，層間に水分子を浸透させて

単層剥離



酸化グラフェン溶液（水，水溶性有機溶媒）を用いて塗布成膜



薄膜を

ヒドラジン一水和物

蒸気で化学還元後，

真空加熱

還元

グラファイト

単結晶粉末

酸化グラファイト

単層

剥離

酸化グラフェン

グラファイトの化学的単層剥離・可溶化

グラフェン薄膜

塗布成膜，

還元

酸化

グラファイトの酸化・単層剥離



グラファイトの酸化

濃硫酸，硝酸ナトリウム，過マンガン酸カリウムを用いる

modified Hummers

法

→π共役二重結合のエポキシ基化／水酸基の付加，エッジ部の酸化



積層構造内部までの十分な酸化，層間距離の拡大

→水の浸透による単層剥離，大面積薄片形成には必須



超音波照射による単層剥離

利点：速やかな水分子浸透，剥離

欠点：

層内結合破壊

による薄片微細化



遠心分離／再分散の繰り返しによる単層剥離

利点：

大面積薄片

形成可能（原料と同じサイズ）

欠点：手間，時間が必要

graphite O OH O HO O OH O HO O OH O HO O OH O HO O O OH O HO O O OH O HO 不十分な酸化 十分な酸化 エッジ近傍のみ層間拡大 内部まで層間拡大，水の浸透 _{大面積薄片形成} 剥離不十分， 微細化

(15/25) Stir for 2h 7000 rpm, 60 min. Natural graphite， NaNO₃，H₂SO₄ KMnO₄ Stir in ice bath Stir at 20 ℃ for 5 days

High viscous liq. (dark purple) 5 wt. % H₂SO₄ Stir for 1h Stir for 2h

dark brown liq.

H₂O₂ * yellow liq. 1000 rpm, 10 min. 3000 rpm, 20 min. Precipitate (light brown) 3 wt. % H₂SO₄ 0.5 wt. % H₂O₂ (15 ) H₂O 7000 rpm, 30 min. (2)

H₂O _{for 1 day}placed

supernatant(brown) 7000 rpm, 30 min. Precipitate + viscous liq. ** ** Precipitate (brown) H₂O (20) Brown viscous liq. (0.44 wt.%) *

Modified Hummers method

_{※ rpm, min} for centrifugation (N); number of repetition Precipitate (yellow)

酸化グラフェンの調製手順

超音波照射しない酸化・剥離手順

1. グラファイト粉末（1 g），硝酸ナトリウム（0.75 g）を濃硫酸（34.5 ml）に加える 2. 氷浴，攪拌しながら過マンガン酸カリウム（4.5 g）をゆっくり加え，2時間攪拌 3. 緩やかに攪拌しながら5日間放置 4. 溶液を5%硫酸（100 ml）にゆっくり加え，2時間攪拌 5. 過酸化水素水（30%, 3 ml）を加え，2時間攪拌 6. 溶液を遠心管（15 ml）に分け入れて遠心分離（1000 rpm，10分）し，上澄みを廃棄 7. 遠心管に3%硫酸と0.5%過酸化水素水の混合溶液を加え，沈殿を再分散させてか ら遠心分離（3000 rpm，20分）し，上澄み液を廃棄。この操作を15回繰り返す 8. 遠心管に加える溶液を純水とし，再分散・遠心分離（7000 rpm，30分）・上澄み廃棄 の操作を2回繰り返す 9. さらに純水を加えて再分散させ，1日放置後，沈殿の方を除去 10. 沈殿を除いた溶液を遠心分離（7000 rpm，60分）し，上澄みを廃棄 11. 純水を加えて沈殿を再分散させてから遠心分離（7000 rpm，60分）し，上澄み液を 廃棄。この操作を20回繰り返す 12. 最後に純水を加えて攪拌し，酸化グラフェン分散水溶液を得る

・透明，かつ電気伝導度の高い薄膜形成

→酸化グラフェンを基板と平行・平坦に，かつ密集して積層

→酸化グラフェンの

親水性

を活かすため，基板表面を親水化処理

（例えばガラス基板のＵＶオゾン洗浄）

・薄膜積層手法

ディップコート，

スピンコート

，キャスト法

極性官能基付加による，＋・－荷電シート形成

→ 交互積層

Langmuir-Blodgett法，液／液界面に形成した分散膜引き上げ エアブラシによる吹きつけ，静電塗布，霧化塗布

酸化グラフェン薄膜作製手法

ホットプレート 濾紙 基板

・化学的還元



シャーレに基板と

ヒドラジン一水和物

をしみこませた濾紙を入れ，

ふたをする



ホットプレートで約90℃に加熱，１５分放置

酸化グラフェン薄膜の還元

[1] S. Stankovich et al., Carbon 45 (2007) 1558.

・真空炉／ガス炉による加熱還元



真空下，不活性ガスあるいは水素雰囲気下



加熱温度： 最高1100℃程度（石英基板の場合）



加熱還元のみ，あるいは化学的還元に加えて加熱還元

他の還元剤による酸化グラフェン還元

・ヨウ化水素酸による還元

[1] S. Pei et al., Carbon

48 (2010) 4466

[2] I.K. Moon et al., Nature Comm.

1 : 73 (2010)

・酸化グラフェン薄膜を，ヨウ化水素酸（55％）中，100℃，１時間

浸漬して還元

[1]

→ エポキシ基へのヨウ素脱着による二重結合の回復

・低毒性，グラフェン膜柔軟性の保持，100℃でも良好な還元

→

光透過率85％＠ 550 nmで，シート抵抗1.6 kΩ/sq

[1]

・ヒドロキシルアミン

[3]

_{，L-アスコルビン酸（ビタミンC）}

[4]

_，強塩基

(NaOH, KOH)

[5]

_{を用いた酸化グラフェン還元も可能}

[3] X. Zhou et al., J. Phys. Chem. C

115 (2011) 11957

[4] J. Zhang et al., Chem. Commun.

46 (2010) 1112.

[5] X. Fan et al.,

Adv. Mater.

20, (2008) 4490.

非酸化 グラフェン単層剥離

・

極性溶媒中での超音波印加

N,N-

dimethylformamide (DMF)

N-

methylpyrrolidone (NMP)

クロロホルム，

o

-ジクロロベンゼン

1-プロパノール，2-プロパノール

グラフェン分散

クロロホルム溶液→

・グラフェンと比較的溶媒和しやすい

→超音波照射により剥離した単層薄片を

ある程度分散可能

・濃度は

_{10〜200 μg/mL}

程度

（

酸化グラフェン水溶液は

1.5 wt%も可能

）

・剥離したグラフェン：疎水性，凝集しやすい

→そのままでは薄膜形成時に平坦配向しにくい

_{単層剥離グラフェンの}クロロホルム中超音波照射_X線回折

粉末Ｘ線回折

酸化前：2

θ≒26°d= 0.334 nm

酸化後：2

θ≒12°d= 0.751 nm

↓

酸素含有基の付加による

層間距離の拡大

粉末Ｘ線回折，ＡＦＭ測定

2 μm 600 nm 1.2 nm

ＡＦＭ像

マイカ劈開面上に，剥離した酸化

グラフェン分散水溶液を滴下乾燥

↓

単層化を確認

酸化グラフェン薄膜の形状比較



単層剥離の際，超音波照射

→ 薄片を細断（

数百

nm以下

）



遠心分離・再分散の繰り返しによる剥離

→

薄片サイズ向上



濃厚な溶液（約

0.5 wt%）をスピンコート →

緻密な積層膜

超音波剥離試料のAFM （キャスト成膜） 遠心分離剥離試料のAFM （スピンコート成膜）

10 μｍ

10 μｍ

5 μｍ

ヒドラジン還元＆600℃ 6h 真空加熱還元

1100℃真空加熱還元（３ｈ）

膜厚約

_{5～8 nmで可視光透過率80%}

電気伝導度：約

2000 S/cm

（シート抵抗：数百

_Ω／□）

加熱還元グラフェン薄膜の透過スペクトル

[1]Wang, X.; Zhi, L.; Mullen, K：Nano Lett. 8 (2008) 323-327.

グラフェン

ＦＴＯ

ＩＴＯ

ヒドラジン還元グラフェンの 透過スペクトル[1]

積層膜加熱中の電気抵抗変化

（ａ）

酸化グラフェン薄膜

（ｂ）

ヒドラジン還元薄膜

（ｃ）

ＤＭＦ中で剥離したグラフェンの

キャスト薄膜

↓

化学的還元処理は，薄膜の

低抵抗化に有効

ＤＭＦ中剥離グラフェン薄膜

凝集体や欠陥が多い

非酸化

_{→ 疎水性，基板に密着}

せずに凝集

→ 高抵抗膜

5 μｍ ＤＭＦ中剥離 37 nm 酸化グラフェン 330 nm 0 0

グラフェン塗布電極を用いた有機太陽電池

（１）

_ITO代替

透明電極

基板として利用

塗布形成

が可能，高温アニールも可能

（２）

多接合型

太陽電池の

中間電極

となるか？

近赤外領域まで高い透過率

（３）

裏面塗布電極

として利用可能か？

透明電極基板 正孔輸送層 光電変換層１ （短波長変換） 中間電極 光電変換層２ （長波長変換） 電子輸送層 太陽光 ＋ － 裏面電極 4.7 _5.0 ITO 5.2 6.1 P3HT:PCBM PEDOT PSS 3.3 3.7 4.3 Al 4.5 eV 有機太陽電池材料 の仕事関数など グラフェン タンデム型有機太陽電池 電子輸送層 正孔輸送層

グラ フ ェ ン PEDOT :PSS PCBM Al ～4.4 eV 5.0 eV 5.2 eV 4.3 eV 6.1 eV 3.7 eV 3.2 eV P3HT

バルクヘテロ接合有機薄膜太陽電池

グラフェン透明電極有機薄膜太陽電池の 構成物質のエネルギー準位とキャリア伝達 hν － ＋ － － ＋ ＋ 正孔輸送層 poly(3,4-ethylenedioxythiophene)： poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) アクセプタ材料 [6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester (PCBM)

ドナー材料 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) 混合層 IT O 4.7 eV

ITO代替透明電極として

グラフェン塗布膜を利用

バイアス電圧(V) 電流密度 ( mA/cm 2 ) -0.2 0 0.2 0.4 0.8 Jsc=6.1 mA/cm2 Voc=0.48 V FF=0.40 η=1.2% 暗電流 光電流



グラフェン透明電極上に形成した

P3HT/PCBM太陽電池

変換効率1.2％



ITO透明電極基板上

変換効率3.5％

（基板以外は同じ材料，装置で作製）



低いJ

_sc

，FF，変換効率の原因

→ グラフェン薄膜が不均一，還元が

不十分なため電極抵抗が高い

↓



シート抵抗

ITO：

15 Ω／sq（T=80 %）

グラフェン：

2 ｋΩ／sq （T=70 %）

低抵抗化が必要！（ドーピング等）

グラフェン透明電極上での動作特性

0 10 5 15 -5 -10 Jsc=10 mA/cm2 Voc=0.58 V FF=0.60 η=3.5% 0 8 -4 電流密度 ( mA/cm 2 ) グラフェン 透明電極 ITO 透明電極 AM1.5，100 mW/cm2 _{照射（照射面積0.105 cm}2_） 4 0.6 -8 バイアス電圧(V) -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8

シート抵抗はどこまで下がるか？

物質名 比抵抗 （Ω・ｃｍ） 電気伝導度 （Ｓ／ｃｍ） 移動度 （cm2_／Vs） キャリア密度 （cm-3_） アルミニウム 2.66×10-6 _{380,000 13 1.81×10}23 ＩＴＯ 1.20×10-4 _{8,300 30 1.50×10}21 グラファイト（//） 5.00×10-5 _{20,000 50,000 2.50×10}18

「理想的な」仮想グラフェン

単結晶グラファイトのキャリア密度：

2.50×10

18

_[cm

-3

_]

_（約

_1×10

11

_[cm

-2

_]）

グラフェンの理想的移動度：

200,000 [cm

2

_/Vs]

→ グラフェンの「理想的な」電気伝導度：

80,000 [S／cm] → 373 Ω/sq相当

単層グラフェンの光透過率：

98％・・・・11層（3.7 nm）で80％

→ 11層積層膜のシート抵抗：

34 [Ω／sq]

一方

ITOは10 [Ω／sq]以下@光透過率80% が可能

・・・仮想的なグラフェンでも，キャリアドープしないと

ITO並にはならない

実際の室温移動度は

15,000 cm

2

_{/Vs程度 → 安定なキャリアドープ必須！}

正孔輸送層材料としての利用



PEDOT:PSS

：代表的な正孔輸送材料

強酸性・腐食性のため，光電変換層や電極

への悪影響が問題化

→ 代替材料は?



酸化グラフェンを

利用

ITO基板上にスピンコート成膜

その上に光電変換層を直接形成

P3HT:PCBM ITO 酸化グラフェン Al

+

-酸化グラフェンを

正孔輸送層とする

有機薄膜太陽電池

ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ

代替？

Dark current Photocurrent GO PEDOT:PSS GO PEDOT:PSS -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8

Bias voltage (V)

12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6

Current density (mA/cm

2

)

酸化グラフェン（

GO）

J

_SC

= 10.5 mA/cm

2

V

_OC

= 0.46 V

FF = 0.50, η = 2.4%

PEDOT:PSS

J

_SC

= 8.8 mA/cm

2

V

_OC

= 0.49 V

FF = 0.59, η = 2.5%

↓

PEDOT:PSSを凌駕する

短絡電流密度，ほぼ同等の

光電変換効率を達成

塗布GO正孔輸送層上での

J-V

特性

可溶化グラフェンの太陽電池応用

Process temp.

<150℃

Solution process only

No ＩＴＯ !

Al n-type c-Si(100) GO:PEDOT: PSS (p-type) DMSO-added PEDOT:PSS Ag grid

+

-

Al n-type c-Si(100) GO (p-type) RGO Ag grid

+

-Solar light

“HOT”:

Heterojunction with

Organic

Thin-layer

Heterojunction with

Intrinsic

Thin-layer

(HIT)

Si SC

可溶化グラフェン応用太陽電池の性能

J-V

curve of

GO:PEDOT:PSS/c-Si

SC

Quantum efficiency of

GO:PEDOT:PSS/c-Si

SC

グラフェン電極を用いた塗布型有機ＦＥＴ



有機ＦＥＴの実用化

→

塗布形成が望ましい

（低コストで大量生産可能）

・・・有機活性層，ゲート電極／誘電体，ソース／ドレイン電極



ソース・ドレイン電極の塗布形成

（１）「

メタルインク

」・・・可溶化した金属微粒子

金属化に焼結が必要，有機半導体との親和性は？

（２）「

ドータイト

」などのカーボンペースト・・・炭素微粒子

良好なＦＥＴ動作報告有り

[1]

_{，ただし抵抗が高い（}

_{2.5 S/cm）}

↓

グラフェン電極は？

→

純粋な

sp

2

_{炭素によるπ電子系電極}

低抵抗，有機活性層と良好な接合形成？

熱酸化SiO

₂

/導電性

Si基板に

PMMA

を塗

布，シャドウマスクを

のせ

紫外線照射

グラフェン電極ＦＥＴの作製

ＰＭＭＡを

エッチ

ング

し，紫外線

照射部を除去

親水性SiO

₂

表

面に，

酸化グラ

フェン

水溶液を

選択的に塗布

トルエン洗浄で

PMMAを除去

ヒドラジン＋加熱

（

200℃）還元処理

グラフェン化

チャネル長：0.1 mm

チャネル幅：1 mm

ポリチオフェン

（

P3HT）

クロロベ

ンゼン溶液を滴

下，有機チャネ

ル層を形成

ソース

ドレイン

ゲート

A A

導電性

Si

SiO

₂ SiO₂ Si PMMA マスク 紫外線

グラフェン電極ＦＥＴの出力特性

塗布

蒸着

p型 n型

塗布

蒸着

μ = 4.8×10－4 μ = 5.5×10－2 μ = 3.6×10－3 μ = 1.8×10－1

グラフェン電極を用いた透明有機FET



透明ＦＥＴ：

表示／発光素子の駆動ＦＥＴ

→開口率向上

無機半導体：アモルファスＩｎＧａＺｎＯ系が有望

_{→ 有機半導体では？}



ゲート電極

透明基板上に酸化グラフェンを塗布，

ヒドラジン及び真空加熱により

還元



ゲート誘電体層

Poly(4-vinylphenol)(

PVP

)をグラフェン

電極上にスピンコート成膜



有機半導体層

→薄ければ透明



ソース・ドレイン電極

→透明グラフェン電極を転写

→π電子系物質間で良好な接合形成？

透明基板 グラフェンＧ電極 PVP P3HT グラフェンS・D電極 透明有機FETの構造

トップコンタクト型グラフェン電極の形成



ガラス基板上に光リソグラフィ法によりグラフェン電極を作製



熱剥離テープ（リバアルファ，日東電工）を用いて剥離転写

グラフェンＧ電極 PVP P3HT ガラス基板 PVP P3HT 接着，剥離 加熱 120℃で 剥離 リバアルファ グラフェンＧ電極 透明基板 透明基板 ガラス基板 ガラス基板 PMMA ガラス基板 露光，現像 リフトオフ 酸化グラフェン成膜 還元 2～5 [nm] 300 50 膜厚 5～10

「透明有機FET」の可視光透過スペクトル

T ransmittance ［% ］ Wavelength ［nm］ 20 0 60 80 40 100 700 800 600 500 400 900 グラフェン電極FET全体 ネオプリムL グラフェン電極 PVP 光 P3HT グラフェン電極 T ransmittance ［% ］ Wavelength ［nm］ 20 0 60 80 40 100 700 800 600 500 400 900 グラフェンゲート電極基板 光 ネオプリムL グラフェン電極 PVP

P3HT層が厚いため（~50 nm）

550 nm付近に吸収あり

→超薄膜化あるいは透明有機

半導体の利用を検討中

作製した透明有機

FETの写真

グラフェンS-D 電極 P3HT層

作製したP3HT活性層FETの動作特性

転写したグラフェン電極は有機

_{FETの電極として十分に機能}

Drain voltage ［V］ －60 －40 －20 0 Drain current ［ μA］ －0.2 0 －0.4 －10 －5 0 －15 －20 Gate voltage［V］ PVP／PMMAの２重誘電体層上に 形成したP3HT-FETの出力特性 μ=1.6×10-2 _cm2_/Vs

ＦＥＴ活性層へのＧＯ添加



P3HTに

有機溶媒可溶化

GOを添加し，有機FETを形成 →

移動度向上！

イソシアン酸フェニル

ジクロロベンゼン等に可溶

poly-(3-hexylthiophene -2,5-diyl) (P3HT) poly-(3-hexylthiophene -2,5-diyl) (P3HT) 6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene（TIPS pentacene） 6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene（TIPS pentacene） p++Si Gate SiO2 Organic + iGO Source Drain

有機薄膜ＦＥＴ

活性層に添加

塗布可能なp型有機半導体

Au

Spin-coat

有機薄膜ＦＥＴ

ＧＯ

iＧＯ

ＧＯ添加有機ＦＥＴの動作特性

P3HT

P3HT+iGO

TIPS

TIPS

+iGO

FET mobility

P3HT

1.9×10

-2

_cm

2

_/Vs

↓+ iGO

(2 wt%)

7.6×10

-2

_cm

2

_/Vs

TIPS pentacene

9.2×10

-4

_cm

2

_/Vs

↓+ iGO

(2 wt%)

7.7×10

-3

_cm

2

_/Vs

可溶化グラフェン添加による

FET特性向上

可溶化グラフェン添加による

FET特性向上

可溶化ＧＯ添加による活性層の構造変化

P3HT

P3HT

TIPS pentacene

TIPS pentacene

No iGO

No iGO

With iGO

With iGO

AFM

AFM

AFM

AFM

Polarized optical Polarized optical _{microscopemicroscope}

有機活性層薄膜の結晶性が向上

有機活性層薄膜の結晶性が向上

まとめ



グラファイト粉末を酸化・可溶化し，溶液中で単層剥離



酸化グラフェン薄膜の塗布形成，および還元

→透明グラフェン導電膜の形成



グラフェン透明電極上への有機薄膜太陽電池の溶液塗布形成

→変換効率：1.2%・・・向上には電極の低抵抗化が必須



酸化グラフェン塗布膜の正孔輸送層としての利用

→PEDOT:PSSに代わる正孔輸送材料として有望

→結晶Siとのヘテロ接合による高効率太陽電池の塗布形成



グラフェン電極を有する有機

FETの作製

→良好なFET動作特性を実証，透明素子形成も可能