ペロブスカイト太陽電池と構成材料の光キャリアダイナミクスとその電子状態解析

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K15521
• Research Institution: Kobe City College of Technology
• Principal Investigator: 濱田 守彦 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (70827948)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 光化学 / 電荷分離 / ペロブスカイト / 磁気共鳴

Outline of Annual Research Achievements

ペロブスカイト構造を有する有機無機複合半導体を基礎とするペロブスカイト太陽電池は近年精力的に研究されている。一般的にペロブスカイト太陽電池は電子・正孔輸送材料でペロブスカイトを挟むことで効率的に励起子を電荷分離し、電流を得られるように設計されている。さらに、ペロブスカイトの励起子の束縛エネルギーは比較的低いため、次世代太陽電池として大変有力な材料である。しかし、電荷分離状態形成においては未だ未解明の部分が多いため、電荷分離状態を直接観測できる時間分解常磁性共鳴(Time-resolved Paramagnetic Resonance: TREPR)法を用いて観測することを目的とした。
共同研究により作製したペロブスカイトの試料を測定した結果、電荷分離状態の観測は難しく、また再現性も乏しいことが判明した。Narraらによりペロブスカイト中の励起子は電荷分離と励起子の再形成により蛍光寿命の長寿命化が起きていると報告されている。そのため、観測が難しい原因は次の2点と考えられる。①電荷分離状態の初期過程は複雑な時間スケールになっているため観測できない。②生成された電荷がトラップサイトに捕捉されて観測できない
②の解決策として2色TREPR法を開発し、トラップサイトからの解放電荷の観測を試みた。TREPR法とは磁場印加下におけるPump光とProbe光(マイクロ波)で試料の誘電損失の時間依存性を観測する手法であるが、2色TREPR法はPump光とPush光、Probe光(マイクロ波)誘電損失の時間依存性を観測する手法である。その結果、通常のTREPR測定結果と2色TREPR測定結果に差異を確認したため、2色TREPR法を開発できたと考えている。現在、量子論に基づく解析プログラムの作成・修正中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2色TREPR法を開発し、有機薄膜太陽電池試料において測定結果を得られている。現在解析を行っているが、自作の量子論に基づく解析プログラムのバグ取りに時間がかかっている。新たな電荷分離状態観測法 (2色TREPR法)を開発したが、コロナ感染症の蔓延と緊急事態宣言により当初予定のペロブスカイト太陽電池への2色TREPR測定を行えていない。そのため、(3)とした。

Strategy for Future Research Activity

現在有機薄膜太陽電池材料における電荷分離状態観測を2色TREPR法により達成し、解析を行っている。量子論に基づく解析プログラムができ次第、ペロブスカイト太陽電池に対して2色TREPR法で電荷分離状態を観測する予定である。

Causes of Carryover

コロナ感染症により学会への出張による参加をできなかったため、今年度は研究遂行のために物品費に大きく割いた。しかし、180円の残額を小さな物品購入に充てるよりも次年度に必要となるものに使用する方が効果的と考え、次年度使用額が生じた。