| 研究課題/領域番号 |
20K03798
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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13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
鈴浦 秀勝 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10282683)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 太陽電池ペロブスカイト / 励起子 / 遮蔽効果 / 励起子分子 / 荷電励起子 / 発光スペクトル / 電子・格子相互作用 / 非線形光学 / ２光子吸収 / 励起子効果 / 動的遮蔽 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
太陽電池材料は電荷的に中性な半導体状態から光を吸収しエネルギーを得て正電荷と負電荷が生成され，その電荷を反対方向に取り出すことにより電力を得ている．正電荷と負電荷の間にはクーロン相互作用による引力が作用し，励起子と呼ばれる束縛状態を形成する．日本発のポストシリコン太陽電池材料である太陽電池ペロブスカイトでは光吸収端近傍において励起子が支配的な役割を担うことが知られており，励起子が安定であれば電力を取り出す際に不利に働くと予想されるにもかかわらず，高効率動作が実現されている．本研究では太陽電池ペロブスカイトの光学応答における励起子効果を理論的に解明する．
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| 研究成果の概要 |
太陽電池ペロブスカイト材料の光学特性に及ぼす電子・正孔間相互作用効果（励起子効果）を理論的に研究した．バルク結晶の磁気分光データを解析した結果，格子振動による遮蔽効果が励起子の結合を抑制していることがわかり，量子ドット中の励起子分子や荷電励起子のサイズ依存的な結合エネルギーにも遮蔽効果が重要な役割を果たしていることを明らかにした．また，励起子効果によって2光子吸収の強度が増強されること，偏光依存性からバンドのスピン分裂が決定できることを示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ポストシリコン太陽電池として注目されるハロゲン化鉛ペロブスカイト材料は，近年，良質な単結晶の生成が可能となり，光学素子としての応用も期待されている．光学応答とは光吸収による電子・正孔対生成，発光による電子・正孔対消滅過程であり，電子・正孔間相互作用が強く影響を及ぼす．波長変換に必要な非線形光学応答は，励起子を共鳴的に生成しない場合でも，電子・正孔間引力により増強される．量子閉じ込め構造による波長選択にも，そのサイズの制御と同時に，励起子や励起子分子などの束縛状態の同定が必要になる．つまり，光学応答の定量的予言に相互作用効果の定量的評価が不可欠であり，本研究の成果が役立つと期待される．
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