新時代を創出する有機エレクトロニクス

村田研究室　MURATA Laboratory
教授：村田 英幸（MURATA Hideyuki）

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［研究分野］
有機EL・有機薄膜太陽電池・有機フレキシブルセンサー&メモリー
［キーワード］
有機EL素子の劣化機構解明、高効率有機薄膜太陽電池の製造プロセス開発、有機メモリーの開発、動作環境下測定

研究を始めるのに必要な知識・能力

出身学部が化学系の場合、有機化学や物理化学、物理系なら量子力学や固体物理学のいずれかの基礎知識が研究内容を理解するために必要です。専門知識は研究室に入ってから修得します。従って、学ぶ努力を継続する熱意と実行力が最も重要です。高校レベルの英語力は必要です。

この研究で身につく能力

研究室での研究活動を通じて自己研鑽を積み、自分で考えて自律的に行動できる研究者を育成することを目標としています。研究者として普遍的に重要な３つの能力が身につきます。
（１）研究を実践するために必要な専門知識を独習する能力　
（２）設定した目標を達成するための計画立案能力　
（３）研究成果の“価値”を伝えるためのコミュニケーション能力。
また、研究室の留学生との交流や国際共同研究、海外での学会発表などを通じて、国際的なセンスを磨く機会も多くあります。担当する研究テーマや努力の程度によって身につく専門知識は異なりますが、次の専門知識が得られます。
・光化学（励起状態のダイナミクス）、固体物性論（電荷注入と移動）、デバイス物理（有機デバイスの動作機構）

【就職先企業・職種】 総合電機メーカー、電機・電子機器・精密機器メーカー、印刷業、素材産業（化学、非鉄金属）

研究内容

　村田研究室では、有機エレクトロルミネッセンス（EL）、有機太陽電池、有機メモリーといった有機エレクトロニクス全般を研究対象としています。
　村田教授は有機EL素子の劣化機構の解明と有機太陽電池の高効率化や低コストな製造プロセス開発に取り組んでいます。江口助教はその場観察手法や動作環境下での測定手法の開発、表面・界面修飾による各種デバイス性能向上とそのメカニズムに関する研究を進めています。

（左）フレキシブル有機EL素子と（右）フレキシブルメモリ

有機ELの耐久性向上

　有機ELディスプレイは高画質、低電力、薄型軽量、フレキシブルを特長とし、すでにテレビや携帯電話などで実用化されています。有機EL分野では、発光高効率化をめざしてリン光発光材料が活発に研究されていますが、青色リン光材料の耐久性の向上が課題となっています。素子の長寿命化は、村田研究室の得意とするところであり、青色リン光材料の劣化のメカニズムを解明するとともに、高耐久性の青色リン光有機EL材料を探索しています。また、精密な電子デバイスの作製から緻密な評価まで、一貫して研究を進める体制を整えており、これも私たちの強みとなっています。

高効率有機薄膜太陽電池

　有機太陽電池の原理は、光を吸収してドナー分子からアクセプタ分子に電子が授受されることで電流が発生するというものです。プラスチック基板を用いた塗布プロセスによる作製が可能であり、シリコン系太陽電池に比べ、低コスト化、軽量・フレキシブル化が期待できます。
　我々の研究室ではこれまでに、有機薄膜太陽電池で光電変換効率10％を達成しています。また、最近では有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト太陽電池で25％という開発例も報告されています。このハイブリッド型太陽電池は製造プロセスの再現性が低いという問題があり、その解決が画期的な太陽電池の実現につながります。

デバイス動作環境下での構造や電子状態の評価

　動作中の有機エレクトロニクスデバイスにおける分子材料の構造や電子状態を評価するために、デバイス動作環境下での測定手法の開発を新たにスタートしました。一般的な測定では“観る”ことのできない状態を“観て”、デバイス物理の理解を深めることにより、デバイス特性の向上や新規デバイスの開発につなげていきます。また、デバイス作製の途中の段階において、物質の構造や電子状態を非破壊で測定することのできる手法の開発についても行っていく予定です。各段階における状態を調べることで、各プロセスとデバイス性能との因果関係を明らかにし、高性能デバイスの開発を目指します。

メモリー素子

　有機材料の特徴を生かした新しい動作メカニズムによる不揮発性有機メモリの実現に挑戦しています。シンプルな構造である2端子型の素子やトランジスタをベースとした3端子型の素子について、メモリー特性が発現する機構解明や新規材料の探索が研究対象です。ここではデバイスの作製と評価を軸に研究を進めます。

主な研究業績

1. K. Eguchi, H. Murata, Evolution of the Ionization Energy in Two- and Three-Dimensional Thin Films of Pentacene Grown on Silicon Oxide Surfaces, Journal of Physical Chemistry Letters, 12, 9407 (2021) (Journal Front Cover).
2. D. C. Le, D. D. Nguyen, S. Lloyd, T. Suzuki, H. Murata, Degradation of fluorescent organic light emitting diodes caused by quenching of singlet and triplet excitons, Journal of Materials Chemistry C, 8, 14873 (2020).
3. V. Vohra, K. Kawashima, T. Kakara, T. Koganezawa, I. Osaka, K. Takimiya, H. Murata, Efficient inverted polymer solar cells employing favourable molecular orientation, Nature Photonics, 9, 403 (2015).

使用装置

真空蒸着装置（高真空対応２台、超高真空対応１台）
デバイス作製用グローブボックス
半導体評価システム
有機デバイス評価システム
逆光電子分光装置