ミュオンスピン緩和法で見る有機太陽光発電材料中の電荷移動

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25620155
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 渡邊 功雄 独立行政法人理化学研究所, 仁科加速器研究センター, 専任研究員 (40260195)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: ミュオンスピン緩和法 / 有機太陽光発電 / 電子伝達 / 半密度関数計算 / 国際研究協力 / 国際研究者交流鵜 / エネルギー問題 / 発電

Outline of Annual Research Achievements

本研究計画の目的は、有機太陽光発電材料における電荷移動機構をミュオンスピン緩和法で調べることにある。国内企業や海外の大学・研究所と連携をとり、PolythiopheneやPC71BM、PTB7といった将来性のある有機材料や新規合成される有機材料を用い、パルス状ミュオンを活用することによって材料内の電荷移動の次元性や速度を明らかにすることにあった。有機太陽光発電材料物質として極めて有望と目されているP3HT,PCBM,ZｎOなどのナノ粉末試料を合成し、フラッシュランプを照射する光照射μSR測定を実施した。その結果、ナノ粒子表面よりもやや深い部位に停止するミュオン粒子の停止位置においても、光励起電子によるミュオンスピン緩和を観測することができた。この結果は、太陽光発電時における光励起電子のダイナミクスの研究にμSRが有効であることを証明し、これまで実施されていなかった、微視的研究ツールによる光励起電子のダイナミクスの解明への道を開いた。一方、試料中でのミュオンの位置を解明することが、光励起電子の伝導速度等の定量的解析に重要であることが改めて認識された。これは、本研究計画に関わって新に発生した研究課題であり、μSR研究全般の高度化に関わる開先手法であることが確認された。本研究計画の付加的成果といえる。そこで、μSR測定を継続するとともに、密度汎関数法による結晶内の電場ポテンシャル計算を展開し、測定対象試料中のミュオン位置を探る計算手法の開発に乗り出した。この計算手法は、現在、他のμSR測定試料にも応用されつつあり、ヨーロッパ・アジアの研究グループとの連携を立ち上げるきっかけを創出した。今後、測定手法的研究と計算研究手法をタイアップさせることにより、より幅広い研究展開を図ることが可能になった。

Research Products

• [Journal Article] Charge Carrier Dynamics of Active Material Solar Cell P3HT: ZnO Nanoparticles Studied by Muon Spin Relaxation (muSR) (2014)
  • Author(s): L. Safriani, Risdiana, A. Bahtiar, A. Aprilia, R.E. Siregar, R. Hidayat, T.P.I. Saragi, I. Kawasaki, and I. Watanabe
  • Journal Title: Advanced Materials Research Volume: 896 Pages: 477-480
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An Effect of the Super-Cell Calculation on Muon Positions and Local Deformations of Crystal Structure in La2CuO4 (2014)
  • Author(s): B. Adiperdana, E. Suprayoga, N. Adam, Mohm-Tajudin S.S., Rozlan A.F., S. Sulaiman, M.I. Mohamed-Ibrahim, T. Kawamata, T. Adachi, I.A. Dharmawan, R.E. Siregar, Y. Koike, and I. Watanabe,
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Ser. Volume: 551 Pages: 012051-1-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Muon sites in Ce(Ru,Rh)2Al10 investigated by using Density Functional Theory from the view point of electronic potential (2014)
  • Author(s): N. Adam, E. Suprayoga, B. Adiperdana, H. Guo, H. Tanida, S.S. Mohd-Tajudin, R. Kobayashi, M. Sera, T. Nishioka, M. Matsumura, S. Sulaiman, M.I. Mohamed Ibrahim, and I. Watanabe,
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Ser. Volume: 551 Pages: 012053-1-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Search for Potential Minimum Positions in Metal-Organic Hybrids, (C2H5NH3)2CuCl4 and (C6H5CH2CH2NH3)2CuCl4, by Using Density Functional Theory (2014)
  • Author(s): E. Suprayoga, A.A. Nugroho, A.O. Polyakov, T.T.M. Palstra, and I. Watanabe,
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Ser. Volume: 551 Pages: 012054-1-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An Investigation of Muon Sites in YBa2Cu3O6 by Using Density Functional Theory (2014)
  • Author(s): S.S. Mohd-Tajudin, S.N.A. Ahmad, D.F. Hasan-Baseri, E. Suprayoga, N. Adam, Rozlan A.F., S. Sulaiman, M.I. Mohamed-Ibrahim, and I. Watanabe,
  • Journal Title: J. Phys. Conf. Ser. 551, Volume: 551 Pages: 012052-1-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Electronic Structure of CeRu2Al10 based on LSDA+U Calculations (2014)
  • Author(s): N. Adam、S. Sulaiman、M.I. Mohamed-Ibrahim、渡邊功雄
  • Organizer: RIKEN Symposium: 1st RIKEN-Sophia Joint Syposium; Recent Progresses on the Muon-Site Estimation
  • Place of Presentation: 上智大学、東京
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-16
• [Presentation] Electronic Structure and Hyperfine Interaction of Muonated La2CuO4 (2014)
  • Author(s): Rozlan A.F.、S. Sulaiman、M.I. Mohamed-Ibrahim、渡邊功雄
  • Organizer: RIKEN Symposium: 1st RIKEN-Sophia Joint Syposium; Recent Progresses on the Muon-Site Estimation
  • Place of Presentation: 上智大学、東京
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-16
• [Presentation] Search for Muon Stopping Positions in Organic-Inorganic Hybrids (2014)
  • Author(s): E. Suprayoga、A.A. Nugroho、A.O. Polyakov、T.T.M. Palstra、渡邊功雄
  • Organizer: RIKEN Symposium: 1st RIKEN-Sophia Joint Syposium; Recent Progresses on the Muon-Site Estimation Based on Density Functional Theory
  • Place of Presentation: 上智大学、東京
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-16
• [Presentation] Investigation of Muon Sites in YBa2Cu3O6 by Using Density Functional Theory (2014)
  • Author(s): S.S. Mohd-Tajudin、S.N.A. Ahmad、D.F. Hasan-Baseri、E. Suprayoga、N. Adam、Rozlan A.F.、S. Sulaiman、M.I. Mohamed-Ibrahim、渡邊功雄
  • Organizer: RIKEN Symposium: 1st RIKEN-Sophia Joint Syposium; Recent Progresses on the Muon-Site Estimation
  • Place of Presentation: 上智大学、東京
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-16
• [Presentation] Muon Site Estimation in La2CuO4 by the Density Functional Theory (2014)
  • Author(s): 渡邊功雄
  • Organizer: 2nd International Conference on Functional Material Science 2014
  • Place of Presentation: Lombok, Indonesia
  • Year and Date: 2014-11-12 – 2014-11-13
  • Invited
• [Presentation] Highlights of muSR at the RIKEN-RAL (2014)
  • Author(s): 渡邊功雄
  • Organizer: ITS Department Sminar
  • Place of Presentation: Surabaya, Indonesia
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-08
  • Invited