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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)

E-mail:murata-hjaist.ac.jp
[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、トランジスタ型有機センサーとメモリーの開発

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


(左)フレキシブル有機EL素子と(右)フレキシブルタグ

 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、有機センサ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。酒井助教は主に圧力センサーとメモリー素子に取り組んでおり、例えば、センサーで高齢者の歩行状態を感知し、高齢者の安全を見守るシステムの構築を進めています。

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。これは世界最高値11.5%に肉迫するものです。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20%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。

圧力センサー、センシングデバイス

 柔軟で大面積なセンシングデバイスの実現を目指した研究を進めています。センサーとは素子に入力された圧力や光、熱などの外部刺激を電気信号として取り出すデバイスです。これら素子を印刷法により作製するための基礎研究として、素子構造の検討や材料の開発を進めています。
 研究室ではアクティブ型やパッシブ型といった素子構造、それらに対応した作製プロセスの検討を進めています。各プロセスに応じて、有機材料や有機/ 無機のハイブリッド材料を適用して素子の高性能化やフレキシブル化を目指しています。これらの研究結果をベースとして研究室外との協同で社会的ニーズの解決を指向した研究を進めます。例えば、高齢者の安全を見守るセンサーシステムを構築し、安心・安全な社会の実現へ貢献していきます。

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. Y. Tsuji, H. Sakai, H. Murata, Dual-gate low-voltage organic transistor for pressure sensing, Applied Physics Express,10, 021601 (2017).
  2. S. Oyama, H. Sakai, H. Murata, Rate constant of exciton quenching of Ir(ppy)3 with hole measured by time-resolved luminescence spectroscopy, Jpn. J. Appl. Phys., 55, 03DD13 (2016).
  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

研究室の指導方針

4年生までの学部教育が専門知識習得のための基礎を習得する場であるのに対して、大学院はさらに高度な知識を習得しながら、それを駆使して“研究を実践する場”であると考えています。研究がうまくいかず壁に突き当たったとしても、正面から向き合い試行錯誤して、困難を乗り越える経験をすることが最も重要です。最近は困難を回避しようとする人が多いように感じます。成功体験は今の自分に自信を与えますが、失敗の克服は新しい自分への飛躍をもたらします。ですので、私は研究室の学生に常々こう伝えています。「逃げるな、折れるな、諦めるな」。

[研究室HP] URL:http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/murata/index.html

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