2021 Fiscal Year Research-status Report
光の力学作用を利用したペロブスカイト結晶のバンドギャップ制御
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20K05242
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
柚山 健一 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 講師 (20786355)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ペロブスカイト / 光圧 / ハロゲン交換反応 / 顕微分光 / ヘテロバンド構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ハロゲン化金属ペロブスカイトのバンドギャップを空間的に変調するために、ハロゲン交換反応を位置選択的に誘起する手法が研究されている。これまで、リソグラフィー技術を基に作製した高分子マスクを用い、反応を任意の領域で物理的に阻害するアプローチが報告されている。本研究では、光圧によりハロゲン化物イオンの局所濃度上昇を誘起し、交換反応を空間的に制御する。
2020年度にはメチルアンモニウム臭化鉛ペロブスカイト（CH3NH3PbBr3）のマイクロ結晶を対象とし、ヨウ化物イオン・臭化物イオンの局所濃度上昇およびイオン交換反応を空間的に制御する実験を実施した。2021年度では、任意のパターンでイオン交換反応を誘起するために、自作の顕微鏡装置に自動ステージを導入した。目的とする結晶の形状やサイズに応じて集光点を動かすことができるステージ駆動プログラムを作成し、結晶の任意の場所に特定の照射時間だけレーザーを照射できるようになった。ヨウ化物イオンを含む前駆体溶液中でCH3NH3PbBr3結晶の表面に集光レーザーを照射することによりCH3NH3Pb(BrI)3を作製した。場所毎に照射時間をかえることにより臭素・ヨウ素イオンの組成比を変えることを試みた。組成比に依存してバンドギャップが連続的に変化する傾斜バンド構造が形成されたが、安定性が乏しく光学特性を評価するには至っていない。今年度得られた結果を基に、レーザー照射条件や反応溶液の条件を再検討する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまで、光圧を利用してハロゲン化物イオンの局所濃度上昇を誘起することにより、ペロブスカイト結晶のハロゲン交換反応を促進する研究を進めてきた。結晶と同じまたは異なるハロゲン化物イオンを光で導入することにより、結晶のバンドギャップを制御することに成功している。これらの研究をさらに発展させるために、照射時間と照射位置を任意に変えることができる自動ステージと駆動プログラムを導入した。バンドギャップが連続的に変化する傾斜バンド構造作製のための手掛かりもすでに得ており、おおむね順調に進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
すでにバンドギャップが非連続に変化するヘテロバンドギャップ構造の形成には成功している。そこで、傾斜バンドギャップの作製に注力する。メチルアンモニウム臭化鉛ペロブスカイト（CH3NH3PbBr3）のマイクロ結晶を対象とし、ヨウ化物イオンの局所濃度上昇およびイオン交換反応の実験を行う。2021年度に導入した自動ステージと駆動プログラムによって、集光点を移動させながらイオン交換反応を誘起する。マイクロ結晶の作製方法や反応溶液の条件、さらにレーザー照射条件を再検討することにより、安定な傾斜バンド構造を有するペロブスカイトマイクロ結晶を作製する。また、ヘテロバンドギャップ構造のペロブスカイトマイクロ結晶においては、顕微発光分光装置を用いて発光特性を明らかにする。
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