ポンプ‐プローブ型電場変調分光法の開発と有機薄膜太陽電池の光照射下内部電場の研究

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K05251
• Research Institution: Shimane University
• Principal Investigator: 広光 一郎 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (40199138)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 有機薄膜太陽電池 / 動作原理 / 内部電場 / 電場変調分光法

Outline of Annual Research Achievements

ポンプ－プローブ型電場変調分光（EAPP）の装置を開発し、その装置を用いて次の２種類のヘテロ接合型有機薄膜太陽電池のEAPP測定を行った。①Au/亜鉛フタロシアニン(ZnPc)/ペリレン誘導体(Me-PTC)/In/Al、②GZO/C60/ZnPc/Au。2つの有機層の内の一方をポンプ光によって光励起した状態で、弱いプローブ光によってそれぞれの有機層の内部電場を測定した。
①のZnPc/Me-PTCについては、まずZnPcとMe-PTCの膜厚がともに70nmのデバイスを作製して測定を行ったが、ZnPcの信号強度が弱く、Me-PTC層の内部電場しか測定できなかった。そこで、ZnPcの膜厚を100nm、Me-PTCの膜厚を70nmとしたところ、両者の内部電場を測定することができた。Me-PTC層の内部電場はMe-PTCの光励起により減少したが、ZnPcの光励起では変化しなかった。一方、ZnPcの内部電場は、ZnPcの光励起では変化しなかったが、Me-PTCを光励起すると順バイアス電圧下でのみ減少が観測された。
②のC60/ZnPcでは、ZnPcの内部電場は観測できなかったため、C60の内部電場のみを観測した。C60の内部電場は、C60の光励起により顕著に減少した。一方、ZnPcを光励起すると、C60の内部電場は順バイアス電圧下でのみ減少した。
以上のようにヘテロ接合のどちらの有機層を光励起するかによって内部電場に与える影響が異なる、という実験結果が得られた。内部電場が光励起により変化するのは光生成したキャリアが界面でトラップされるためである。一般に言われているように、キャリア生成が2つの有機層の界面（ヘテロ接合界面）のみで起こるのであれば、どちらの有機層を光励起しても内部電場に与える影響は同じはずなので、上記の実験結果は、キャリア生成がヘテロ接合界面以外でも起こることを意味している。これはEAPP法による測定により初めて明らかになったことである。