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Optical control of bandgaps of lead halide perovskites

Research Project

Project/Area Number 20K05242
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
Research InstitutionOsaka Metropolitan University (2022)
Osaka City University (2020-2021)

Principal Investigator

Yuyama Ken-ichi  大阪公立大学, 大学院理学研究科, 講師 (20786355)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywordsペロブスカイト / 光圧 / 光ピンセット / ハロゲン交換反応 / 顕微分光 / ヘテロバンド構造 / ハロゲン交換
Outline of Research at the Start

ハロゲン化金属ペロブスカイトでは、バンドギャップを空間変調するために、溶液中でハロゲン交換反応を位置選択的に誘起する手法が研究されている。これまで、リソグラフィーで作製した高分子マスクを用い、反応を任意の領域で物理的に阻害する手法が報告されている。本研究では、ハロゲン交換反応を阻害する従来法とは逆に、交換反応を局所的に促進する手法を開発する。光圧によりハロゲンイオンの局所濃度上昇を誘起し、交換反応を時空間的に制御する。バンドギャップが不連続・連続的に変化する様々なヘテロバンド構造・傾斜バンド構造を作製する。

Outline of Final Research Achievements

We demonstrated site-specific halogen exchange reactions of lead halide perovskites through local concentration increase in precursors with the use of optical forces. We focused a continuous-wave near-infrared laser beam onto the surface of a CH3NH3PbBr3 crystal in a precursor solution containing iodide ions, then CH3NH3Pb(BrI)3 with a narrower bandgap was formed at the irradiated position. Thus, we succeeded in fabricating a perovskite crystal with a hetero-band structure. We also prepared a graded bandgap structures with different composition ratios of bromine and iodine ions by scanning the laser beam. However, the resultant crystal was unstable, preventing spectroscopic analysis. In order to understand how optical forces act on perovskite precursors, we performed optical trapping experiments for ionic liquids as a model compound. We found that nano-clustering plays an important role in trapping ionic compounds.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

次世代半導体材料であるハロゲン化金属ペロブスカイトは、様々な光・電子デバイスへの応用が期待されている。空間的に変調されたバンドギャップ構造をもつペロブスカイトの単一結晶は、電子とホールを狭バンドギャップ領域に集めることができる。そのため、特定の位置で電流や発光を取り出すことができる高効率な光電変換・発光デバイスの開発につながる。また、光圧によるペロブスカイト前駆体の局所濃度上昇において、ナノクラスター形成が重要な役割を果たしていることが見出された。今後、イオン化合物を対象とした光捕捉研究への展開が期待される。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Confinement and aggregation of colloidal particles in an ionic liquid microdroplet formed by optical tweezers2022

    • Author(s)
      Tanaka Maho、Kuramichi Itsuki、Tsuboi Yasuyuki、Yuyama Ken-ichi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Issue: 10 Pages: 100901-100901

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac8c0d

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Formation of a core?shell droplet in a thermo-responsive ionic liquid/water mixture by using optical tweezers2022

    • Author(s)
      Tanaka Maho、Tsuboi Yasuyuki、Yuyama Ken-ichi
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 58 Issue: 84 Pages: 11787-11790

    • DOI

      10.1039/d2cc02699f

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Heterojunction Perovskite Microrods Prepared by Remote‐Controlled Vacancy Filling and Halide Exchange2021

    • Author(s)
      Shahjahan Md、Yuyama Ken‐ichi、Okamoto Takuya、Biju Vasudevanpillai
    • Journal Title

      Advanced Materials Technologies

      Volume: 6 Issue: 2 Pages: 2000934-2000934

    • DOI

      10.1002/admt.202000934

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Optical Force-Induced Chemistry at Solution Surfaces2021

    • Author(s)
      Masuhara Hiroshi、Yuyama Ken-ichi
    • Journal Title

      Annual Review of Physical Chemistry

      Volume: 72 Issue: 1 Pages: 565-589

    • DOI

      10.1146/annurev-physchem-090419-044828

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Remote Tuning of Bandgap and Emission of Lead Perovskites by Spatially Controlled Halide Exchange Reactions2020

    • Author(s)
      Md Jahidul Islam, Md Shahjahan, Ken-ichi Yuyama, and Vasudevanpillai Biju
    • Journal Title

      ACS Materials Letters

      Volume: 2 Issue: 4 Pages: 403-408

    • DOI

      10.1021/acsmaterialslett.0c00036

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 光ピンセットの光熱効果を利用した温度応答性イオン液体の液滴形成と物質捕捉2023

    • Author(s)
      柚山健一, 田中真穂, 藏道樹生, 坪井泰之
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第43回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 近赤外集光レーザーによる温度応答性イオン液体のコアシェル液滴形成2022

    • Author(s)
      田中真穂, 坪井泰之, 柚山健一
    • Organizer
      2022年光化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] レーザー光の力学作用を利用した物質操作2021

    • Author(s)
      柚山健一
    • Organizer
      千葉大応物スチューデントチャプター
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Manipulation of molecules and nanoparticles by optical forces2021

    • Author(s)
      Ken-ichi Yuyama
    • Organizer
      CEFMS (Center for Emergent Functional Matter Science) Lecture, National Yang Ming Chiao Tung University, Taiwan
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 光圧によるハロゲン化鉛ペロブスカイトのイオン交換反応制御2021

    • Author(s)
      柚山 健一 、エムディージャヒダルイスラム、エムディーシャジャハン、ヴァスデヴァンピライビジュ、坪井 泰之
    • Organizer
      光圧によるナノ物質操作と秩序の創生 第5回公開シンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Optical Manipulation at Interfaces and Application to Semiconductor Materials2020

    • Author(s)
      Ken-ichi Yuyama
    • Organizer
      2020年web光化学討論会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 界面での分子・ナノ粒子の光間にピューション2020

    • Author(s)
      柚山 健一
    • Organizer
      分子研研究会(オンライン)「ナノ空間で光が織りなす分子操作・化学反応制御の新展開」
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Invited

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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