| 研究課題/領域番号 |
21K20431
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0302:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
黄 善彬 九州大学, 高等研究院, 学術研究員 (30907019)
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| 研究期間 (年度) |
2021-08-30 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
中途終了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | Organic Semiconductor / Photovoltaic device / Indoor light / Exciton Fission / Internet of Things / Sensor Networks / 有機光電変換素子 / 有機太陽電池 / 屋内型 / 励起子分裂 / 励起子相互作用 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
モノのインターネットの発展と共に屋内環境において無電源ネットワークの構築需要が高まっている。屋内光源を使用する屋内型有機光電変換素子は屋外型よりも高い光電変換効率を示すことが実験的に明らかにされており、各種低消費電力機器の電源として魅力的な素子である。しかしながら、屋外型と比較して素子評価法が確立されておらず、光電変換効率が高い理由について根本的に分析されていない。本研究では、屋外光より著しく低い光照度の屋内光源下で有機光電変換素子の光電変換効率が屋外型より高い原因を励起子相互作用による分裂や対消滅に起因すると考え、素子特性評価法の確立と共に入射光源の波長及び強度依存性を調査・分析する。
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| 研究実績の概要 |
本研究で用いたフラーレン誘導体をアクセプターとして用いた有機光電変換素子は、高照度の屋外光より低照度の屋内光を照射した方が高い光電変換効率が得られる。この現象は身の回りで一般的に使われているSi系光電変換素子では観察できない独特な現象であり、様々な屋内環境の光照度要件を考慮すると屋外光より低い光照度下における屋内型有機光電変換素子の変換効率の向上は望ましい結果であるが、その根本的な原因は明らかではない。これらの原因を解明するため疑似太陽光・屋内光を用いて光電変換素子の定量的な測定・評価できるシステムを構築し、さらに分光放射照度に対する量子収率の変化を調べるために必要な単色光レーザーパルス変調システムを構築した。これらの測定システムを用いて1. 屋内型有機光電変換素子の入射光源のスペクトル及び放射照度依存性を参照Si光電変換素子と比較しての調査した結果、入射光の放射照度が下がると共に変換効率が上昇する結果が得られた。続いて2. 屋内型有機光電変換素子に単色光レーザーパルス変調システムを用いて入射光源の波長・強度・照射パルス時間変調（励起子濃度の制御）に対する電気的挙動解析を行った結果、低い入射照度（低励起子濃度）において分光量子収率が上昇傾向を示し、高いエネルギーを持つ短波長光において理論値100 %を超える分光量子収率が得られた。これらの結果は、低照度において理論値を超える高い分光量子収率（励起子分裂）およびその上昇傾向（励起子対消滅の抑制）は高い光電流を素子へ齎し、屋外光より低照度の屋内光源下でより高い光電変換効率が得られることを示唆している。そして有機光電変換素子内部のこれらの励起子相互作用を制御することで居間の低照度(200 lx)において21.1 %の高い光電変換効率を有する素子作成に成功した。本研究で得られた結果を元に論文化作業を進めている。
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