| 研究課題/領域番号 |
19K05399
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32020:機能物性化学関連
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| 研究機関 | 新潟大学 |
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研究代表者 |
三浦 智明 新潟大学, 自然科学系, 助教 (80582204)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 有機半導体薄膜 / 再結合 / 移動度 / 過渡吸収 / 過渡光伝導 / 有機薄膜太陽電池 / 時間分解分光 / 過渡光電流 / キャリア移動度 / 光電流 / 電荷移動度 / 磁場効果 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
軽量、低コスト、低環境負荷といった優れた利点を持つ次世代太陽電池として注目されている「有機薄膜太陽電池」は光を電気エネルギーへ変換する効率が低いことが問題となっている。その原因として薄膜内で発生した正電荷と負電荷が再び出会って消滅してしまう(再結合)や、膜内の特定部位に捕捉されて動けなくなってしまう(トラップ捕捉)といった機構が考えられているが、本研究ではこれらを分けて定量的に議論するため、電荷の数を計測する分光測定と、電荷の流れを計測する電流測定を同一の太陽電池素子を用いて行う新しい測定手法を開発する。これにより、変換効率を下げている原因を分子の視点から明らかにする基礎研究を行う。
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| 研究成果の概要 |
次世代太陽電池などの材料として注目されている有機半導体薄膜について、光照射によって生じた電荷(電子および正孔)の数(数密度)および電場による動きやすさ(移動度)が時間変化する様子を観測する新手法を開発した。これにより、電子-正孔の再結合による消滅だけでなく、膜内で動きづらくなった「トラップキャリア」の生成過程を定量的に評価できるようになった。これを用いて、バルクヘテロ薄膜などの材料において、再結合やトラップ過程を支配する電荷の移動機構について詳細な研究を行った。さらに、実際の有機薄膜太陽電池素子を用いた測定も行い、生成した電荷が電極に取り出される過程に関しても詳細な知見を得ることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究において開発した新手法は、有機薄膜太陽電池の効率が低い要因である光生成電荷の再結合およびトラップ過程に関して、時間軸での定量的な議論が可能である点で、従来に例を見ないものである。時間分解分光と電気伝導測定は従来から個別に行われてきたが、各々実験条件が異なるため、些細な実験条件の違いが大きな差を生む薄膜素子において、直接的な結果の比較は難しかった。本研究において、これらを同一素子・同条件で行う全く新しい手法を開発したことにより、分光研究(物理化学)と素子性能評価(材料工学)の分野横断的研究が可能となった。これにより強力な材料開発期待され、学術的意義のみならず社会的意義の大きい研究といえる。
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