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2012 Fiscal Year Annual Research Report

表面プラズモン複合励起型有機薄膜太陽電池の創製

Research Project

Project/Area Number 23760010
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

馬場 暁  新潟大学, 研究推進機構超域学術院, 准教授 (80452077)

Keywords表面プラズモン / 有機太陽電池 / 金属格子 / 金属微粒子
Research Abstract

本研究では、金属格子上での伝播型表面プラズモンと有機薄膜中に分散させた金属微粒子による局在表面プラズモンを同時に励起し、その相互作用により入射光エネルギーを飛躍的に増大する新たな方法を用いた、高効率太陽電池デバイス応用に関する基礎・応用的な研究を行うことを目的とした。
前年度までに、FDTDシミュレーション、金属微粒子の金属格子からの距離変化による表面プラズモン共鳴特性、金微粒子または銀微粒子を分散させた酸化チタン/色素薄膜を用いた光電変換特性について評価を行い、5倍程度の光電流増大を得ることができた。この成果を基に、最終年度は伝播型表面プラズモンと局在表面プラズモンの相互作用における電界増強効果について種々の構造を用いて評価を行い、効率的なデバイス設計の指針を得るべく実験を推進した。
金微粒子を坦持した酸化チタン微粒子を作製し、酸化チタン上の金微粒子の濃度を変化させることで、デバイスの最適化を行った。その結果、金微粒子の濃度1at%の時において、金属格子/金微粒子坦持酸化チタン薄膜/色素/電解質の系において約7倍もの光電流増大に成功した。さらに金微粒子の濃度を上げていくと、今度は金微粒子の光吸収が大きくなるために、光電流増大が減少していくことが分かった。
また、ナノリンプリント法を用いた有機薄膜上への格子構造の作製も試みた。PDMSスタンプを用いてPEDOT:PSS/P3HT:PCBM上へナノインプリントを行い、格子間隔320nm、格子高さ約20nmの格子構造を得ることが可能となった。これにより、通常の有機薄膜太陽電池構造、ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Alに金属格子表面プラズモン共鳴電界増強を組み込むことが可能となった。
これらの結果は国際論文誌4件、国際会議10件、図書4件で報告を行うなど国内外に成果を発信した。

  • Research Products

    (20 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (12 results) Book (4 results)

  • [Journal Article] Transmission Surface Plasmon Resonance Signal Enhancement via Growth of Gold Nanoparticles on a Gold Grating Surface2013

    • Author(s)
      Chutiparn Lertvachirapaiboon, Chirayut Supunyabut, Akira Baba, Sanong Ekgasit, Chuchaat Thammacharoen, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, and Futao Kaneko
    • Journal Title

      Plasmonics

      Volume: 未定 Pages: 未定

    • DOI

      10.1007/s11468-012-9400-2

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced Photocurrent Properties of Dye/Au-loaded TiO2 Films by Grating-coupled Surface Plasmon Excitation2013

    • Author(s)
      Hathaithip Ninsonti, Weerasak Chomkitichai, Akira Baba, Wiyong Kangwansupamonkon, Sukon Phanichphant, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, Futao Kaneko
    • Journal Title

      IEICE Transactions Electronics

      Volume: E96-C Pages: 385-388

    • DOI

      10.1587/transele.E96.C.385

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Controlling Surface Plasmon Optical Transmission with Electrochemical Switch Using Conducting Polymer Thin Films2012

    • Author(s)
      Akira Baba, Kohji Tada, Rapiphun Janmanee, Saengrawee Sriwichai, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, Futao Kaneko, Sukon Phanichphant
    • Journal Title

      Advanced Functional Materials

      Volume: 22 Pages: 4383-4388

    • DOI

      10.1002/adfm.201200373

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Solution-based fabrication of gold grating film for use as a surface plasmon resonance sensor chip2012

    • Author(s)
      Chutiparn Lertvachirapaiboon, Ryosuke Yamazaki, Prompong Pienpinijtham, Akira Baba, Sanong Ekgasit, Chuchaat Thammacharoen, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, Futao Kaneko
    • Journal Title

      Sensors and Actuators B: Chemical

      Volume: 173 Pages: 316-321

    • DOI

      10.1016/j.snb.2012.07.003

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Enhanced Photocurrent of Au-TiO2 Photoanode Excited by Grating-Coupled Surface Plasmon Resonance2013

    • Author(s)
      Hathaithip Ninsonti, Weerasak Chomkitichai, Akira Baba, Wiyong Kangwansupamonkon, Sukon Phanichphant, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, Futao Kaneko
    • Organizer
      第60 回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(神奈川県厚木市)
    • Year and Date
      20130326-20130330
  • [Presentation] Enhanced Photocurrent Properties of Dye/Metal-loaded TiO2 Films by Grating-coupled Surface Plasmon Excitation2013

    • Author(s)
      Akira Baba, Hathaithip Ninsonti, Weerasak Chomkitichai, Sukon Phanichphant, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, and Futao Kaneko
    • Organizer
      Seventh International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics (M&BE7)
    • Place of Presentation
      福岡国際会議場(福岡市)
    • Year and Date
      20130317-20130319
  • [Presentation] Properties of Surface Plasmon Resonance Excitations on Organic Thin Film/Metallic Grating Surfaces and Their Device Applications2012

    • Author(s)
      A. Baba, K. Shinbo, K. Kato, F. Kaneko
    • Organizer
      The 12th International Discussion & Conference on Nano Interface Controlled Electronic Devices (IDC-NICE 2012)
    • Place of Presentation
      ヒルトンホテル(韓国 慶州)
    • Year and Date
      20121024-20121027
  • [Presentation] Surface Plasmon Resonance Enhanced Photocurrent Properties of Ag-loaded Titanium Dioxide Composite/Dye on Metallic Grating Surface2012

    • Author(s)
      Weerasak Chomkitichai, Hathaithip Ninsonti, Akira Baba, Sukon Phanichphant, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, Futao Kaneko
    • Organizer
      SSDM2012 (Solid State Devices and Materials)
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館
    • Year and Date
      20120925-20120927
  • [Presentation] Photocurrent Enhancement in Dye-Sensitized Solar Cells with Au-loaded TiO2 on Metallic Grating Surface2012

    • Author(s)
      Hathaithip Ninsonti, Weerasak Chomkitichai, Akira Baba, Wiyong Kangwansupamonkon, Sukon Phanichphant, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, Futao Kaneko
    • Organizer
      SSDM2012 (Solid State Devices and Materials)
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館
    • Year and Date
      20120925-20120927
  • [Presentation] Photocurrent Properties of Grating Coupled-Surface Plasmon Enhanced Organic Solar Cells2012

    • Author(s)
      D. Murashima, Y. Kuromori, A. Baba, K. Shinbo, K. Kato, F. Kaneko
    • Organizer
      IUMRS-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM 2012)
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • Year and Date
      20120923-20120928
  • [Presentation] Enhanced Photovoltaic Properties in Dye-sensitized Solar Cell Using Au-loaded TiO22012

    • Author(s)
      H. Ninsonti, W. Chomkitichai, A. Baba, W. Kangwansupamonkon, S. Phanichphant, K. Shinbo, K. Kato, F. Kaneko
    • Organizer
      KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台市)
    • Year and Date
      20120829-20120901
  • [Presentation] Surface Plasmon Enhanced-Photocurrent Generation in Organic Thin Films2012

    • Author(s)
      A. Baba, K. Shinbo, K. Kato, F. Kaneko
    • Organizer
      14th International Conference on Organized Molecular Films, ICOMF14 (LB14)
    • Place of Presentation
      Paris Descartes University (フランス パリ)
    • Year and Date
      20120710-20120713
  • [Presentation] Enhanced Optical Field and Photocurrent at Metal Nanoparticles/Metallic Grating Interface2012

    • Author(s)
      Akira Baba, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, Futao Kaneko
    • Organizer
      Gordon Research Conference, Plasmonics (Light-Matter Interaction at the Nanoscale)
    • Place of Presentation
      Colby College (米国メイン州ウォータービル)
    • Year and Date
      20120610-20120615
  • [Presentation] Surface Plasmon Resonance Enhanced Photocurrent of Dye/Ag-loaded Titanium Dioxide Thin Film on Metallic Grating Surface2012

    • Author(s)
      Weerasak Chomkitichai, Hathaithip Ninsonti, Akira Baba, Sukon Phanichphant, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, Futao Kaneko
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Organic Molecular Electronics
    • Place of Presentation
      NTT武蔵野研究開発センタ(東京都武蔵野市)
    • Year and Date
      20120606-20120607
  • [Presentation] Enhanced Photocurrent Properties of Dye/Au-loaded TiO2 Films by Grating-coupled Surface Plasmon Excitation2012

    • Author(s)
      Hathaithip Ninsonti, Weerasak Chomkitichai, Akira Baba, Wiyong Kangwansupamonkon, Sukon Phanichphant, Kazunari Shinbo, Keizo Kato, Futao Kaneko
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Organic Molecular Electronics
    • Place of Presentation
      NTT武蔵野研究開発センタ(東京都武蔵野市)
    • Year and Date
      20120606-20120607
  • [Presentation] 金属格子上に配置した銀微粒子による表面プラズモン共鳴と距離依存特性

    • Author(s)
      ラートバチラパイボーン, チュティパーン, 馬場暁, エクガシット, サノン, チュチャート, タマチャロエン, 新保一成, 加藤景三, 金子双男
    • Organizer
      電子情報通信学会有機エレクトロニクス研究会
    • Place of Presentation
      機械振興会館,東京
  • [Book] 月刊 研究開発リーダー,担当部分:「プラズモンが生み出すこれからの研究開発テーマ ~実用化に向けた求められる技術と課題~」2013

    • Author(s)
      馬場 暁
    • Total Pages
      pp52-56
    • Publisher
      技術情報協会
  • [Book] 「プラズモンナノ材料開発の最前線と応用」(山田淳監修),担当部分:第14章-4 有機薄膜太陽電池:ドライプロセスナノ構造形成2013

    • Author(s)
      馬場暁、新保一成、加藤景三、金子双男
    • Total Pages
      pp232-239
    • Publisher
      シーエムシー出版
  • [Book] 月刊ディスプレイ,担当部分:「表面プラズモン励起を利用した有機太陽電池」2012

    • Author(s)
      馬場 暁、新保一成、加藤景三、金子双男
    • Total Pages
      pp15-20
    • Publisher
      テクノタイムズ社
  • [Book] 高効率太陽電池-高効率化に向けた各種太陽電池の研究・開発最前線-,担当部分:第5章-2 金属格子上表面プラズモン励起共鳴有機系太陽電池の開発2012

    • Author(s)
      馬場暁、新保一成、加藤景三、金子双男
    • Total Pages
      pp278-285
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス

URL: 

Published: 2014-07-24  

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