Development of highly sensitive time-resolved terahertz spectroscopy and application to photoenergy conversion materials

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05373
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: Ohta Kaoru 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 学術研究員 (30397822)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: テラヘルツ分光法 / 有機太陽電池 / 電荷キャリア / 移動度

Outline of Final Research Achievements

Organic photovoltaics have attracted much attention in recent years as a next generation energy conversion device. In such a system, it is important to know how fast the charge carriers move in the device. Time-resolved terahertz (THz) spectroscopy is known to be a useful tool to quantify the mobility of the charge carriers because the charge carriers have a characteristic absorption in the THz region. In this work, we develop the setup for time-resolved THz spectroscopy with high sensitivity by combining a new detection scheme of THz pulses based on optical heterodyne detection and continuous fast scanning of delay stage. We apply this setup to measure the charge carrier dynamics in semiconductor.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

時間分解テラヘルツ（THz）分光法は光励起により生成した電荷キャリアの移動度を測定できるユニークな手法であるが、いくつかの欠点が存在し、その応用範囲は限られていた。構築した測定系により、GaAsの電荷キャリアの移動度スペクトルを感度良く、短時間で測定することができた。我々は気体を非線形光学媒質としたTHz光の発生、検出にもステージの連続スキャンによる測定を応用した。ポルフィリン系低分子系バルクヘテロ接合型薄膜試料では、電荷キャリアの局所的な移動度が分子配列やモルフォロジーに依らないことを明らかにした。このことは電荷キャリアの移動度が観測する空間スケールに大きく依存することを意味している。