2016 Fiscal Year Annual Research Report
| Project/Area Number |
15H03771
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
立川 貴士 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 准教授 (20432437)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | 単一粒子分光 / 有機鉛ハロゲン化物ペロブスカイト / 太陽電池 / ナノ粒子 / 光化学 / 蛍光顕微鏡 / 電子移動 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ハロゲン化鉛系ペロブスカイト太陽電池は近年エネルギー変換効率が急速に向上し、20％を超えた例も報告されている。一方で、界面構造が不均一であることから、その動作原理には未だ不明な点が多い。本年度は、ペロブスカイト太陽電池における多色化や高効率化において重要なハロゲン交換過程に注力して研究を進めた。
結晶サイズや形状、反応サイトが容易に観察できるマイクロメートルサイズの臭素体ペロブスカイト結晶を合成し、ハロゲン交換反応(臭素体からヨウ素体)を液相でその場観察した。発光寿命測定によりキャリアダイナミクスを調べた。また。臭素体からの発光(約540 nm)をフィルターによりカットして発光観察を行うことで、過渡的に生成する化学種を観測した。蛍光寿命測定において、反応直後では反応前に比べて非常に早い発光の減衰が見られた。このことは表面に吸着したヨウ素イオンへの正孔移動、あるいは結晶構造変化に伴い生成した欠陥に電荷のトラップが起こっていることを示している。さらに反応が進行すると、発光の立ち上がり成分が観測された。X線光電子分光法(XPS)を用いた深さ方向分析を行うと、結晶表面から25 nmの深さまでにのみヨウ素イオンが検出されたことから、臭素体のペロブスカイト結晶の周りに薄いヨウ素体のペロブスカイト層が形成されており、この内部の臭素体から表面のヨウ素体への長距離電荷移動が起こっていることがわかった。過渡種からの突発的な発光の持続時間の分布を単一指数関数により解析したところ、過渡種の平均寿命は約30 msであることがわかった。
得られた成果を関連学会や学術誌において発表した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ハロゲン化鉛系ペロブスカイトにおけるハロゲン交換反応の単一粒子観測から、過渡的に生じる短寿命構造体の挙動を捉えることに成功した。これまで、結晶性構造体におけるイオン拡散ダイナミクスを実時間観測した例はなく、また、欠陥拡散との関連性を明らかにできたことは、有機-無機ペロブスカイト材料の応用発展に寄与するものと確信する。以上の理由から、本研究は順調に進展していると判断する。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究で見出したハロゲン交換制御技術を発展させ、太陽電池や発光材料の高効率化につながるナノへテロ構造を形成する。同時に、単一粒子発光観測から、不均一界面における電荷移動メカニズムを明らかにする。
|
