2022 Fiscal Year Annual Research 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
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19K05399
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
三浦 智明 新潟大学, 自然科学系, 助教 (80582204)
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2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 有機半導体薄膜 / 再結合 / 移動度 / 過渡吸収 / 過渡光伝導 / 有機薄膜太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代太陽電池などの材料として注目されている有機半導体薄膜について、光照射によって生じた電荷(電子および正孔)の数(数密度)および電場による動きやすさ(移動度)が時間変化する様子を観測する新手法を開発した。光電流は数密度と移動度の積に比例する信号である。一方薄膜の吸光度は数密度に比例する。これらを同一素子で同時にリアルタイム観測することにより、移動度と数密度の時間変化を独立に決定した。これにより、電子-正孔の再結合による消滅だけでなく、膜内で動きづらくなった「トラップキャリア」の生成過程を定量的に評価できるようになった。これを用いて、バルクヘテロ薄膜などの材料において、再結合やトラップ過程を支配する電荷の移動機構について詳細な研究を行った。さらに、実際の有機薄膜太陽電池素子を用いた測定も行い、生成した電荷が電極に取り出される過程に関しても詳細な知見を得ることができた。
本研究において開発した新手法は、有機薄膜太陽電池の効率が低い要因である光生成電荷の再結合およびトラップ過程に関して、時間軸での定量的な議論が可能である点で、従来に例を見ないものである。時間分解分光と電気伝導測定は従来から個別に行われてきたが、各々実験条件が異なるため、些細な実験条件の違いが大きな差を生む薄膜素子において、直接的な結果の比較は難しかった。本研究において、これらを同一素子・同条件で行う全く新しい手法を開発したことにより、分光研究(物理化学)と素子性能評価(材料工学)の分野横断的研究が可能となった。これにより強力な材料開発期待され、学術的意義のみならず社会的意義の大きい研究といえる。
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