2023 Fiscal Year Research-status Report
二次元フーリエ分光法による鉛ペロブスカイト太陽電池の電子状態とその動的特性の解明
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21K03429
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| Research Institution | Joetsu University of Education |
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Principal Investigator |
小川 佳宏 上越教育大学, 大学院学校教育研究科, 教授 (50372462)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 二次元フーリエ分光 / 鉛ペロブスカイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉛ペロブスカイト太陽電池は、その優れたエネルギー変換効率から新しい太陽電池材料として期待されている。この材料に特有の長寿命のキャリアが存在できる理由として、ポーラロン効果とラシュバ効果が有力である。
本研究では、我々が考案した光電流をプローブとした二次元フーリエ分光法を用いることで、鉛ペロブスカイト太陽電池のバンド端近傍の電子状態とその動的特性を解明する。二次元フーリエ分光法は、位相制御した光パルス列を用いることで、光の吸収過程と放射過程についての二次元スペクトルを得ることができる手法である。これにより、鉛ペロブスカイト太陽電池における長寿命キャリアの起源を明らかにする。本研究では典型的な鉛ペロブスカイト太陽電池としてMAPbBr_3単結晶を用いることとする。
二次元フーリエ分光測定を行うには測定時間が非常にかかるので、長時間安定して測定が行えるようにする必要がある。そこで今年度は、ステアリングミラーを用いてオシレーターからの出射光の長時間ドリフトを補正することで励起光が安定するようにした。これにより、MAPbBr_3単結晶の二次元フーリエ分光スペクトルの温度依存性などを測定することができるようになった。具体的には、一つの二次元フーリエ分光スペクトルを取得するのに二時間程度かかるが、測定条件を変えながら数十回測定することができる程度の安定性を得ることができた。今後は、温度依存性や励起パルス列間隔依存性などを取得することで、バンド端近傍の電子状態の解明を目指す。
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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
試料として鉛ペロブスカイト太陽電池MAPbBr_3単結晶（MA:CH_3NH_3+）を用いて、二次元フーリエ分光測定によって得られる二次元スペクトルから、バンド端近傍における電子状態を明らかにすることを目指して実験を行った。
実験では、Tiサファイアオシレーターにより発生させた1.5 eVのフェムト秒パルスをフォトニック結晶ファイバーに入射することで、スーパーコンティニウム(SC)光を発生させ、これを二次元フーリエ分光測定の光源として用いている。SC光を用いることでMAPbBr_3単結晶のバンド端（2.3 eV）で実験を行うことができる。オシレーターからの出射光を光ファイバーにカップリングさせていることから、SC光のビームポジションの長時間ドリフトが測定に影響を与えることが問題となっていた。そこで今年度は、２対のミラーを電動アクチュエーターを用いて、ビームポジションが一定になるように制御することにした。この機構を取り入れることで、長時間安定して二次元フーリエ分光スペクトルを取得することができるようになった。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度までの研究により、MAPbBr_3単結晶の二次元フーリエ分光測定を長時間安定して行えるようになった。今後は、温度依存性および、パルス列間隔依存性を測定することで、バンド端近傍における電子状態の詳細を解明していく。
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| Causes of Carryover |
ミラー等の光学部品の必要数が変わったため、差額が生じた。翌年度分の助成金と合わせ光学部品を購入等に使用する。
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