産業技術総合研究所（産総研）と筑波大学の研究グループは、コーヒーに含まれる成分である「カフェ酸」で有機半導体デバイスの電極を被覆すると、デバイスに流れる電流が最大で100倍まで増加することを発見した。
有機半導体デバイスに流れる電流を大きくしてデバイスの性能を向上させるためには、電極から半導体への電荷の注入を効率化することが重要となる。大きな永久双極子モーメントを持つ分子で電極表面を修飾すると、電極から半導体への電荷の注入を促進できることから、本研究者らは、大きな永久双極子モーメントを持つ分子としてフェニルプロパノイドに着目した。
フェニルプロパノイドは、植物が作りだす物質で、金属に吸着する性質を示す。中でも、コーヒーに含まれ、大きな永久双極子モーメントを持つ「カフェ酸」を用いることとし、有機半導体デバイスの電極表面にカフェ酸の薄膜層を形成して観察した。その結果、電極表面でカフェ酸分子は自発的に向きをそろえて並び、有機半導体デバイスに流れる電流はカフェ酸が無い場合と比べて最大で100倍に増加した。カフェ酸が持つカテコール基は固体表面と結合しやすく、電極表面に優先的に吸着するため、カフェ酸が特異な配向を示す結果、電極表面の電位が変化し、半導体への電荷の注入が促進されたと研究グループはみている。
カフェ酸の薄膜層による効果は、電極の種類を金、銀、銅、鉄、シリコンなど様々に変えても確認され、汎用性のある電極修飾層として機能する。電荷を流しやすくするために従来用いられてきた電極修飾層は、導電性ポリマーや遷移金属酸化物が知られるが、廃棄時の環境負荷が問題視されてきた。植物から得ることのできるカフェ酸が電極の性能を向上できるという今回の発見は、環境負荷の低いバイオマス由来の有機半導体デバイス実現に向けた一歩となることが期待される。
論文情報：【Advanced Materials Interfaces】Increasing Electrode Work Function Using a Natural Molecule
