局在プラズモン共鳴を利用する有機薄膜太陽電池の開発
| Project/Area Number |
12J08469
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Research Field |
Nanomaterials/Nanobioscience
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
尤 静 九州大学, 大学院工学研究院, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2012 – 2013
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2013)
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| Budget Amount *help |
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | プラズモン / 金属ナノ粒子 / ボリチオフェン / 蛍光 / 太陽電池 / 銀ナノ粒子 / ポリチオフェン / フラーレン |
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| Research Abstract |
本年度は、金属ナノ粒子の接近場に基づく電場増強の効果を検討するため、形状と粒径がほぼ同じ金および銀ナノ粒子の合成を行った。Poly (methyl methacrylate)(PMMA)をスペーサとして金族ナノ粒子層とポリチオフェン層の間に挿入した構造のサンプルを作製した。蛍光測定によって、金および銀ナノ粒子のLB膜のプラズモン特性がポリチオフェン薄膜の光化学特性に及ぼす影響の距離依存性を検討した。その結果、金属ナノ粒子とポリチオフェン薄膜の距離を増大すると、プラズモンに基づく蛍光増強の効果が減少することが、実験から明らかにした。さらに、金属の表面エネルギー遷移がポリチオフェン薄膜の蛍光特性に及ぼす影響を検討するため、プラズモンバンド異なる球状金属ナノ粒子を使用して、波長532nmの光を励起光として、ポリチオフェン薄膜の蛍光を測定した。その研究に、球状の金・銀・銀コア金シェルナノ粒子を合成し、LB方法でグラス基板に付着し、粒子膜のプラズモンバンドはそれぞれ～420nm, ～530nm, ～700nmである。球状金ナノ粒子のプラズモンバンドが励起波長に最も近いでも、金ナノ粒子が存在するポリチオフェン薄膜の蛍光強度が最も低い。銀ナノ粒子存在する場合、ポリチオフェン薄膜の蛍光最も高い。その結果、銀ナノ粒子の方がプラズモン基づく電場増強の効果が高いことを、実験からのアプローチによって明らかにした。
さらに、安定性が高いコアシェル構造の銀ナノ粒子を有機薄膜太陽電池に導入することで、太陽電池の変換効率を向上させることに成功しました。FDTDシミュレーションを併用して銀ナノ粒子の電場増強効果についても検討し、それらの研究成果を現在投稿論文として執筆中であります。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2013年4月から2014年3月まで、サイズ異なる銀ナノ粒子がポリチオフェン(電子供与体)-フラーレン(受容体)系に導入した光電極の光電変換特性及ぼす影響の結果がPhys. Chem. Chem. Phys.という学会誌に発表した。
安定性が高いコアシェル構造の銀ナノ粒子を有機薄膜太陽電池に導入すること成功した、FDTDシミュレーションを併用して銀ナノ粒子の電場増強効果についても検討し、それらの研究成果を現在投稿論文として執筆中である。
両親媒性球状金および銀ナノ粒子を合成し、ポリチオフェン薄膜の蛍光特性及ぼす影響を検討した。その結果、銀ナノ粒子の方がプラズモン基づく電場増強の効果が高いことを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
金ナノ粒子より銀ナノ粒子の方がプラズモンに基づく電場増強の効果が高い。金ナノ粒子の方がプラズモン共鳴エネルギーの遷移の効果が高い。電場増強はポリチオフェン薄膜の蛍光強度の増強を起こす。これらの現象に基づいて、金と銀ナノ粒子をポリチオフェン―フラーレン有機薄膜の内部に導入した太陽電池を構築し、理論計算を併用してプラズモンの近接場効果が光電変換特性へ及ぼす影響を理論と実験の両面から検証を進めていことにより、有機薄膜太陽電池におけるプラズモン増強効果を確立することが可能となる。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
