Fullerene nanowires as a versatile platform for organic electronics

有機エレクトロニクスのための多用途なプラットホームとしてのフラーレンナノワイヤー

前吉 雄太*; 佐伯 昭紀*; 諏訪 翔太郎*; 大道 正明*; 丸井 裕美*; 麻野 敦資*; 佃 諭志*; 杉本 雅樹; 岸村 顕広*; 片岡 一則*; 関 修平*

Maeyoshi, Yuta*; Saeki, Akinori*; Suwa, Shotaro*; Omichi, Masaaki*; Marui, Hiromi*; Asano, Atsushi*; Tsukuda, Satoshi*; Sugimoto, Masaki; Kishimura, Akihiro*; Kataoka, Kazunori*; Seki, Shuhei*

高分子薄膜に入射するイオンの飛跡に沿って生じる高濃度活性種により直径ナノオーダーの架橋体を形成し、これを溶媒抽出する方法を用いて、フラーレン(C)やその誘導体である[6,6]phenyl C butyric acid methyl ester (PCBM)のナノワイヤーの作製を試みた。C及びPCBMを0.14mの厚さに成膜し、Xe 450MeVあるいはOs 490MeVイオンを照射した結果、半径811nmのナノワイヤーの作製に成功した。また、有機半導体の原料であるポリチオフェンに、長さ120mのPCBMナノワイヤーを数密度110cmで混合して試作した有機薄膜太陽電池は、ナノワイヤーを混合しない場合に比べて約7%変換効率が増大することを見いだした。これは、ポリチオフェン中に、PCBM分子が個々に分散しているよりも、ナノワイヤーとして混合する方が電子の移動度が大きくなるためと考えられる。微細加工が困難なフラーレン誘導体から、イオンビームを用いた技術によりナノワイヤーが作製可能で有り、これを有機薄膜太陽電池へ応用することで、変換効率が向上できることを実証できた。

The development of organic semiconducting nanowires that act as charge carrier transport pathways in flexible and lightweight nano-electronics is a major scientific challenge. We report on the fabrication of fullerene nanowires that is universally applicable to its derivatives (pristine C, methanofullerenes of C and C, and indene C bis-adduct). Nanowires with radii of 811 nm were formed via a chain polymerization reaction induced by a high-energy ion beam. Fabrication of a poly(3-hexylthiophene): [6,6]-phenyl C butyric acid methyl ester (PCBM) bulk heterojunction organic photovoltaic cell including PCBM nanowires with precisely-controlled length and density demonstrates how application of this methodology can improve the power conversion efficiency of these inverted cells.