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ハロゲン化金属ペロブスカイト半導体の基礎光学特性の解明と光機能開拓

Research Project

Project/Area Number 17J07890
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics I
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

山田 琢允  京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsアップコンバージョン発光 / フォトンリサイクリング / 有機無機ハイブリッド半導体 / 発光励起分光 / レーザー分光 / ワイドギャップペロブスカイト / 青色発光材料 / 励起子 / 多光子励起
Outline of Annual Research Achievements

ハロゲン化金属ペロブスカイト半導体は、様々な試料形態のものを低温プロセスかつ化学的手法で簡便に作製できる上に、非常に優れた光電変換特性を示す材料として世界的に注目を集めており、太陽電池に限らず光検出器、発光ダイオードやレーザーなど様々な光デバイスへの応用研究も行われている。そのような光デバイスの高効率化のためには、ペロブスカイト半導体自身の光学特性をまずは正しく理解することが不可欠となる。
以上を踏まえ、本研究ではハロゲン化金属ペロブスカイト半導体の基礎光学特性をレーザー分光法により解明することを目的としている。初年度では、ペロブスカイト半導体のバンド端近傍特性を解明するために発光励起分光システムを立ち上げ、光学的に厚い単結晶試料における発光の再吸収やフォトンリサイクリングの影響を明らかにした。また、フォトンリサイクリングを考慮した解析を通してバンドギャップなどの基礎光学定数の決定を行った。本年度は励起エネルギーよりも高いエネルギーで光るアンチストークス発光に注目してCH3NH3PbI3を対象に研究を行った。発光励起分光法に基づくアンチストークス発光特性の評価法を新たに開発し、光学的に薄い膜および厚い単結晶試料において測定することで、その励起エネルギー依存性や再吸収効果との競合を評価した。薄膜と単結晶ともに明瞭なアンチストークス発光を観測した。また単結晶の場合、アンチストークス発光とストークス発光の強度が釣りあう励起エネルギー(Eeq)は再吸収効果によってレッドシフトした。アップコンバージョンゲインスペクトルはブロードな形状で、薄膜・単結晶ともに励起エネルギーがEeqよりも11 meV程度低い点で最大値をとった。この点で最もレーザー冷却効率が高くなることを示した。CH3NH3PbI3が光冷凍機という新しいタイプの光デバイス材料としても高いポテンシャルを持つことを示した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (24 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Up-converted photoluminescence from CH3NH3PbI3 perovskite semiconductors: Implications for laser cooling2019

    • Author(s)
      Yamada Takumi、Aharen Tomoko、Kanemitsu Yoshihiko
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 3 Issue: 2

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.3.024601

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Near-Band-Edge Optical Responses of CH3NH3PbCl3 Single Crystals: Photon Recycling of Excitonic Luminescence2018

    • Author(s)
      Yamada Takumi、Aharen Tomoko、Kanemitsu Yoshihiko
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 120 Issue: 5

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.057404

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Free Carrier Radiative Recombination and Photon Recycling in Lead Halide Perovskite Solar Cell Materials2017

    • Author(s)
      Yamada Yasuhiro、Yamada Takumi、Kanemitsu Yoshihiko
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 90 Issue: 10 Pages: 1129-1140

    • DOI

      10.1246/bcsj.20170208

    • NAID

      130006770690

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Photocarrier Recombination and Injection Dynamics in Long-Term Stable Lead-Free CH3NH3SnI3 Perovskite Thin Films and Solar Cells2017

    • Author(s)
      Handa Taketo、Yamada Takumi、Kubota Hirofumi、Ise Shogo、Miyamoto Yoshihiro、Kanemitsu Yoshihiko
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 121 Issue: 30 Pages: 16158-16165

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b06199

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Lead-Free Halide Perovskites: Effect of Additive Choice and Solvent Engineering on Optical Properties and Cell Performance2019

    • Author(s)
      Aharen Tomoko、Handa Taketo、Yamada Takumi、Wakamiya Atsushi、Kanemitsu Yoshihiko
    • Organizer
      IRCCS The 2nd International Symposium
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Anti-Stokes Photoluminescence Properties of Lead-Halide Perovskite Semiconductors2019

    • Author(s)
      Yamada Takumi、Aharen Tomoko、Kanemitsu Yoshihiko
    • Organizer
      IRCCS The 2nd International Symposium
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nonlinear Optical Properties of Lead Halide Perovskite Single Crystals2019

    • Author(s)
      Ohara Keiichi、Yamada Takumi、Tahara Hirokazu、Aharen Tomoko、Hirori Hideki、Kanemitsu Yoshihiko
    • Organizer
      IRCCS The 2nd International Symposium
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ハロゲン化鉛ペロブスカイトのアンチストークス発光とレーザー冷却2019

    • Author(s)
      山田琢允、阿波連知子、金光義彦
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] MAPbCl3ペロブスカイト単結晶における非線形光学応答の波長依存性2019

    • Author(s)
      小原慧一、山田琢允、田原弘量、阿波連知子、廣理英基、金光義彦
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Nonlinear Optical Properties of Lead Halide Perovskites2018

    • Author(s)
      Tahara Hirokazu、Yamada Takumi、Handa Taketo、Kanemitsu Yoshihiko
    • Organizer
      THE 25th INTERNATIONAL WORKSHOP ON ACTIVE-MATRIX FLATPANEL DISPLAYS AND DEVICES (AM-FPD'18)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Photon recycling in organic-inorganic hybrid CH3NH3PbX3 (X = I, Br, Cl) perovskite single crystals2018

    • Author(s)
      Kanemitsu Yoshihiko、Yamada Takumi、Yamada Yasuhiro、Aharen Tomoko
    • Organizer
      The 34th international conference on the physics of semiconductors (ICPS 2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of photon recycling on optical responses of lead-halide perovskite single crystals for photonic devices2018

    • Author(s)
      Yamada Takumi、Yamada Yasuhiro、Aharen Tomoko、Kanemitsu Yoshihiko
    • Organizer
      SPIE Optics + Photonics 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nonlinear Optical Properties of MAPbCl3 Perovskite Single Crystals2018

    • Author(s)
      Ohara Keiichi、Yamada Takumi、Tahara Hirokazu、Aharen Tomoko、Hirori Hideki、Kanemitsu Yoshihiko
    • Organizer
      2018 MRS Fall Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ハロゲン化金属ペロブスカイト単結晶のアンチストークス発光2018

    • Author(s)
      山田琢允、阿波連知子、金光義彦
    • Organizer
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Z-Scan法によるMAPbCl3ペロブスカイト単結晶の非線形光学応答の研究2018

    • Author(s)
      小原慧一、山田琢允、田原弘量、阿波連知子、廣理英基、金光義彦
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] フェムト秒多光子励起顕微鏡による時空間分解発光測定:ハロゲン化鉛ペロブスカイトのフォトンリサイクリング2018

    • Author(s)
      山田琢允、山田泰裕、中池由美、若宮淳志、金光義彦
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会 第38回年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ハロゲン化鉛ペロブスカイト単結晶のフォトンリサイクリングとアンチストークス発光2018

    • Author(s)
      山田琢允、阿波連知子、金光義彦
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 多光子発光励起分光によるハロゲン化鉛ペロブスカイト単結晶のバンド端光学特性の研究:フォトンリサイクリング効果2018

    • Author(s)
      山田琢允、阿波連知子、金光義彦
    • Organizer
      日本物理学会 第73回年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Excitonic Optical Responses of CH3NH3PbCl3 Single Crystals Revealed by Multi-Photon Excitation Spectroscopy2017

    • Author(s)
      Yamada Takumi、Nakaike Yumi、Wakamiya Atsushi、Kanemitsu Yoshihiko
    • Organizer
      2017 MRS Spring Meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of Photon Recycling on Carrier Recombination Processes in CH3NH3PbBr3 Single Crystals Revealed by Time-Resolved Two-Photon-Excitation Microscopy2017

    • Author(s)
      Yamada Takumi、Yamada Yasuhiro、Nakaike Yumi、Wakamiya Atsushi、Kanemitsu Yoshihiko
    • Organizer
      CLEO/Europe-EQEC 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Band-Tail States of Lead-Halide Perovskite Single Crystals Evaluated by Two-Photon Excited Photoluminescence Spectroscopy2017

    • Author(s)
      Yamada Takumi、Aharen Tomoko、Wakamiya Atsushi、Kanemitsu Yoshihiko
    • Organizer
      2017 MRS Fall Meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多光子発光励起分光法によるハロゲン化鉛ペロブスカイト単結晶のバンド端近傍の光学特性の解明2017

    • Author(s)
      山田琢允、阿波連知子、若宮淳志、金光義彦
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 1光子および2光子発光励起分光を用いた CH3NH3PbX3 (X = I, Br, Cl)単結晶のバンド端近傍での光学特性の研究2017

    • Author(s)
      山田琢允、阿波連知子、金光義彦
    • Organizer
      統合物質創製化学研究推進機構 第3回国内シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 新しい青色発光材料の出現 -有機無機ハイブリッドペロブスカイト半導体の光学特性を解明-

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2017/180202_1.html

    • Related Report
      2017 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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