2020 Fiscal Year Research-status Report
可視超短パルスレーザーを用いた有機半導体デバイスの過渡光電流分光
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18K05048
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
寺本 高啓 大阪大学, 放射線科学基盤機構, 特任講師(常勤) (40467056)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超高速分光 / 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、有機材料を用いた電子材料（例えば有機薄膜トランジスタや太陽電池）が注目を集めている。これは、有機材料特有のしなやかさ、スプレー塗布可能性などの液状化によるコストの抑制など無機半導体材料では成し得ない特性を有しているためである。有機半導体材料では光を照射することにより励起子が生成する。励起子の緩和ダイナミクスとして、数fs～psの時間スケールで電子・正孔対の電荷再結合または電荷分離が起こる。この電荷分離過程の分岐比が光電変換の効率を主に支配する。また電子遷移の余剰エネルギーが核の振動に散逸されると、光電変換効率は低下する。このような有機半導体における光励起初期過程の詳
細を明らかにするためには、フェムト秒レーザーを用いた超高速分光が必要となる。
本研究では超短パルスレーザーを用いて有機半導体デバイスの過渡光電流検出システムを構築する。それを用いて、有機半導体デバイスに電圧印加を行い、デバイスの動作時における励起子ダイナミクスの詳細を調べる。さらに分子振動モード毎の光電流変換効率の測定手法を確立し、新規材料開発のための指針を示す。具体的な研究内容は、① 超短パルスレーザーによる有機半導体デバイスの過渡光電流検出② 過渡吸収スペクトルと過渡光電流の相関測定 ③ 分子振動モード毎の電流密度―電圧特性測定の３点である。
本年度は研究対象となる有機薄膜、ペロブスカイト太陽電池デバイスの制作を行い、光電変換効率の測定を行った。また材料となるドナーアクセプター分子対についての量子化学計算を行い、電子移動に関与する分子振動モードを調べた。実験系としては前年度に構築した過渡光電流分光実験システムで、ポンプ光とプローブ光のそれぞれに寄与する光電流を差し引くために2重変調システムを新たに構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍による出勤制限およびドイツに本社のあるメーカーにオーダーした光学遅延ステージの納期が当初見込みの3カ月遅れとなり研究活動に支障が出たため。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、太陽電池デバイスの過渡光電流計測を行っていく。光照射による電池材料の劣化を防ぐため窒素雰囲気下における実験環境の構築も行っていく。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により物品の納品の遅延が発生し研究計画に変更が生じたため使用額の変更が生じた。今後は引き続き、太陽電池デバイスの過渡光電流計測を行っていく。また光照射による電池材料の劣化を防ぐため窒素雰囲気下における実験環境の構築も行う。
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