2020 Fiscal Year Research-status Report

分光・電気伝導同時実時間観測による有機半導体薄膜光物性の解明

Research Project

Project/Area Number	19K05399
Research Institution	Niigata University
Principal Investigator	三浦智明新潟大学, 自然科学系, 助教 (80582204)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	有機薄膜太陽電池 / 時間分解分光 / 光電流
Outline of Annual Research Achievements	軽量、低コスト、低環境負荷といった優れた利点を持つ次世代太陽電池として注目されている「有機薄膜太陽電池」は光を電気エネルギーへ変換する効率が低いことが問題となっている。光で生成した電荷の損失過程を明らかにするために、電荷の数を計測する分光測定と、電流(電荷の流れ)を計測する電流測定を同一の太陽電池素子を用いて行う手法を新たに開発した。昨年度開発した本同時測定装置に自作の温度可変装置を導入した。冷却ガス流量とヒーターを自動制御し、－140 ℃～+60 ℃の全範囲で±0.05 ℃以内の高精度での温度制御に成功した。温度可変測定を行うために、本装置に入るような小型(1 cm x 2.5 cm基板)の有機薄膜太陽電池を作成した。成膜条件などを最適化し、従来の太陽電池とおよそ同等の性能を持つ素子の作成に成功した。これら装置と太陽電池素子を用いて－100 ℃において同時測定を行ったところ、室温と比べて電荷数の減衰速度が遅くなり、電流の値は小さくなった。ここから太陽電池素子において再結合速度と移動度が低温において減少することを定量的に実証することに成功した。これと並行して、磁場効果測定の高感度化に向けた装置の改良を行った。電磁石の電源を更新して磁場制御を高速化し、これにかける時間(その間光は当てていないため待ち時間に相当する)を一定とするようにソフトウェアを改良した。これと先に述べた高安定の温度可変装置により、従来の櫛型電極素子において1%程度の微弱な磁場効果の磁場依存性を正確に測定することに成功した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason コロナ禍で年度の前半に実験ができない時期もあったが、温度可変装置の導入と試験的な測定に成功したので、おおむね順調に進展していると言える。
Strategy for Future Research Activity	より詳細な温度依存性、電場依存性等を検討するとともに、電場変調測定を行う。さらに低温において太陽電池素子を用いた磁場効果の測定を行う。これらにより、電荷消失機構の定量的解析および、電子正孔対のダイナミクス解明をさらに進める。さらに成膜条件や用いる材料によって電荷キャリアロスがどのように制御できるかを明らかにする。
Causes of Carryover	コロナ禍で学会がオンラインになり、旅費が余ったため。