近接場過渡吸収イメージング分光装置の開発と次世代有機太陽電池への応用

• 研究課題/領域番号: 25390061
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 松崎 弘幸 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 分析計測標準研究部門, 主任研究員 (80422400)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: フェムト秒過渡吸収分光 / 有機薄膜太陽電池 / バルクへテロ接合 / 顕微分光 / 近接場光学顕微鏡 / バルクヘテロ接合

研究成果の概要

近接場光学顕微鏡技術を始めとする光学顕微分光技術とフェムト秒過渡吸収分光技術を組み合わせて、高い空間分解能を有する過渡吸収イメージング分光装置の開発を進め、測定ソフトウェアを含む個々の要素技術の開発とシステムの構築が完了し、実材料やデバイスへの適用段階に至った。また、特に信号検出感度の観点で、既存装置の10倍以上の高感度化を達成し、世界最高レベルの微弱な光誘起吸光度変化(以下)の計測に成功した。この高感度性を活用して、従来装置では困難であった微弱光照射下での有機薄膜太陽電池のフェムト秒過渡吸収計測に成功し、電荷生成過程の詳細を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] 励起光波長の選択によってモット絶縁体を金属と電荷密度波に転換する ～相関電子系の新しい光相制御～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 松﨑弘幸, 岩野薫, 岡本博
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 71 ページ: 311-317
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoinduced Switching to Metallic States in the Two-Dimensional Organic Mott Insulator Dimethylphenazine-Tetrafluorotetracyanoquinodimethane with Anisotropic Molecular Stacks (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Matsuzaki, M. Ohkura, Y. Ishige, Y. Nogami, and H. Okamoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 91 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.245140
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modulation of Electron Injection Dynamics of Ru‐Based Dye/TiO2 System in the Presence of Three Different Organic Solvents: Role of Solvent Dipole Moment and Donor Number (2015)
  • 著者名/発表者名: Subrata Mahanta, Hiroyuki Matsuzaki, Takurou N Murakami, Ryuzi Katoh, Hajime Matsumoto, Akihiro Furube
  • 雑誌名: ChemPhysChem 巻: 16 ページ: 1657-1662
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In situ picosecond transient diffuse reflectance spectroscopy of opaque TiO2 systems under microwave irradiation and influence of oxygen vacancies on the UV-driven/microwave-assisted TiO2 photocatalysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Horikoshi, Hideya Tsutsumi, Hiroyuki Matsuzaki, Akihiro Furube, Alexei V Emeline, Nick Serpone
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry C 巻: 3 号: 23 ページ: 5958-5969
  • DOI: 10.1039/c4tc02748e
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrafast Charge and Lattice Dynamics in One-dimensional Mott insulator of CuO-chain Compound Ca2CuO3 Investigated by Femtosecond Absorption Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Matsuzaki, H. Nishioka, H. Uemura, A. Sawa, S. Sota, T. Tohyama, and H. Okamoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 91 号: 8
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.081114
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation of relaxed charge-transfer excitons in donor-acceptor-type polymer solar cells (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Tsutsumi, H. Matsuzaki, N. Kanai, T. Yamada, and T. Hasegawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53 号: 5S3 ページ: 05HB12-05HB12
  • DOI: 10.7567/jjap.53.05hb12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dye Aggregation Effect on Interfacial Electron-Transfer Dynamics in Zinc Phthalocyanine-Sensitized Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Matsuzaki, Takurou N Murakami, Naruhiko Masaki, Akihiro Furube, Mutsumi Kimura, Shogo Mori
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 118 号: 31 ページ: 17205-17212
  • DOI: 10.1021/jp500798c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Excitation-Photon-Energy Selectivity of Photoconversions in Halogen-Bridged Pd-Chain Compounds: Mott Insulator to Metal or Charge-Density-Wave State (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Matsuzaki, M. Iwata, T. Miyamoto, T. Terashige, K. Iwano, S. Takaishi, M. Takamura, S. Kumagai, M. Yamashita, R. Takahashi, Y. Wakabayashi, and H. Okamoto
  • 雑誌名: Phys. Rev. lett. 巻: 113 号: 9 ページ: 096403-096403
  • DOI: 10.1103/physrevlett.113.096403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous Control of Optical Gaps in Quasi-One-Dimensional Bromide-Bridged Platinum Complexes by Utilizing Chemical Pressure (2014)
  • 著者名/発表者名: Shohei Kumagai, Hiroaki Iguchi, Shinya Takaishi, Brian K Breedlove, Masahiro Yamashita, Hiroyuki Matsuzaki, Hiroshi Okamoto, Kenichi Kato, Masaki Takata
  • 雑誌名: Inorganic chemistry 巻: 53 号: 21 ページ: 11764-11769
  • DOI: 10.1021/ic502071u
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electron transport in TTF-CA under high pressures (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Takehara, K. Miyagawa, K. Kanoda, T. Miyamoto, H. Matsuzaki, H. Okamoto, H. Taniguchi, K. Matsubayashi, Y. Uwatoko
  • 雑誌名: Physica B: Condensed Matter 巻: 460 ページ: 83-87
  • DOI: 10.1016/j.physb.2014.11.045
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Trapped State Sensitive Kinetics in LaTiO2N Solid Photocatalyst with and without Cocatalyst Loading (2014)
  • 著者名/発表者名: Rupashree Balia Singh, Hiroyuki Matsuzaki, Yohichi Suzuki, Kazuhiko Seki, Tsutomu Minegishi, Takashi Hisatomi, Kazunari Domen, Akihiro Furube
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 136 号: 49 ページ: 17324-17331
  • DOI: 10.1021/ja5102823
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Kinetics of Distance-Dependent Recombination between Geminate Charge Carriers by Diffusion under Coulomb Interaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Yohichi Suzuki, Akihiro Furube, Rupashree Balia Singh, Hiroyuki Matsuzaki, Tsutomu Minegishi, Takashi Hisatomi, Kazunari Domen, Kazuhiko Seki
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 119 号: 10 ページ: 5364-5373
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b00417
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photocarrier dynamics in anatase TiO2 investigated by pump-probe absorption spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Matsuzaki, Yuta Matsui, Ryusuke Uchida, Hiroyuki Yada1, Tsubasa Terashige, B.-S. Li, Akihiro Sawa, Masashi Kawasaki, Yoshinori Tokura, and Hiroshi Okamoto
  • 雑誌名: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 115 号: 18
  • DOI: 10.1063/1.4829456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excited-State dynamics in diketopyrrolopyrrole-based copolymer for organic photovoltaics investigated by transient optical spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Matsuzaki、Akihiro Furube、Ryuzi Katoh, Samarendra P. Singh, Prashant Sonar, Evan Laurence Williams, Vijila Chellappan, Gomathy Sandhya Subramanian, Sergey Gorelik, and Jonathan Hobley
  • 雑誌名: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 巻: 53 号: 1S ページ: 01AB11-01AB11
  • DOI: 10.7567/jjap.53.01ab11
  • NAID: 210000143269
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge separation of charge-transfer excitons in donor-acceptor polymer solar cells (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Tsutsumi, H. Matsuzaki, N. Kanai, T. Yamada, and T. Hasegawa
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 号: 33 ページ: 16769-16769
  • DOI: 10.1021/jp404094e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanoscale phase domain structure and associated device performance of organic solar cells based on a diketopyrrolopyrrole polymer (2013)
  • 著者名/発表者名: Evan L. Williams, Sergey Gorelik, InYee Phang, Michel Bosman, Chellappan Vijila, Gomathy Sandhya Subramanian, Prashant Sonar, Jonathan Hobley, Samarendra P. Singh, Hiroyuki Matsuzaki, Akihiro Furube, and Ryuzi Katoh
  • 雑誌名: RSC ADVANCES 巻: 3 号: 43 ページ: 20113-20124
  • DOI: 10.1039/c3ra42636j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of a photoinduced transition from a nonordered phase to a transient ordered phase in the organic quantum-paraelectric compound dimethyltetrathiafulvalene-dibromodichloro-p-benzoquinone using femtosecond laser irradiation (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Miyamoto, K. Kimura, T. Hamamoto, H. Uemura, H. Yada, H. Matsuzaki, S. Horiuchi, and H. Okamoto
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 111 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevlett.111.187801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Smallest Optical Gap for Quasi-One-Dimensional Iodo-bridged Platinum Compounds (2013)
  • 著者名/発表者名: Minseob Shin, Shinya Takaishi, Shohei Kumagai, Yutaro Ueda, Brian K. Breedlove, Hiroyuki Matsuzaki, Hiroshi Okamoto, Yusuke Wakabayashi, and Masahiro Yamashita
  • 雑誌名: DALTON TRANSACTIONS 巻: 42 号: 18 ページ: 6277-6280
  • DOI: 10.1039/c3dt32890b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Design Rule of Phthalocyanine Dyes for Highly Efficient Near-IR Performance in Dye Sensitized Solar Cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Mutsumi Kimura, Hirotaka Nomoto, Hiroyuki Suzuki, Takuro Ikeuci, Hiroyuki Matsuzaki, Takuro N. Murakami, Dr. Akihiko Furube, Naruhiko Masaki, Matthew J. Griffith, and Shogo Mori
  • 雑誌名: CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL 巻: 19 号: 23 ページ: 7496-7502
  • DOI: 10.1002/chem.201300716
  • 査読あり
• [学会発表] Photoinduced switching to metallic states in a two-dimensional organic charge-transfer complex dimethylphenazine-tetrafluorotetracyanoquinodimethane with anisotropic molecular stacks (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Matsuzaki, Masa-aki Ohkura, Yu Ishige, Yoshio Nogami, Hiroshi Okamoto
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem 2015)
  • 発表場所: ハワイ州ホノルル市(アメリカ合衆国)
  • 年月日: 2015-12-15
• [学会発表] 一次元銅酸化物Ca2CuO3における超高速電荷・格子ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 松﨑弘幸, 西岡大毅, 上村紘崇, 澤彰仁, 曽田繁利, 遠山貴巳, 岡本博
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府吹田市)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 超高速分光によるLaTiO2N・TaON混合光触媒におけるキャリアダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: DHARMAPURA H. Murthy Krishna, 秋山誠治, 松﨑弘幸, 古部昭広, 関和彦, 鈴木洋一, Min Liu, 久富隆史, 嶺岸耕, 山田太郎, 堂免一成
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学 杉本キャンパス(大阪府住吉区杉本)
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] 過渡吸収分光法を用いた有機多層膜中における劣化層の特定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 東遥介, 高橋永次, 藤原豊, 松﨑弘幸, 古部 昭広
  • 学会等名: 有機ＥＬ討論会第20回例会
  • 発表場所: 千葉大学西千葉キャンパスけやき会館(千葉県千葉市稲毛区)
  • 年月日: 2015-06-18
• [学会発表] Photoexcited-State Dynamics in Organic Solar Cells Utilizing Diketopyrrolopyrrole-Based Copolymer Investigated By Transient Optical Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Matsuzaki, Akihiro Furube, Ryuzi Katoh, Samarendra P. Singh, Prashant Sonar, Evan Laurence Williams, Vijila Chellappan, Gomathy Sandhya Subramanian, Sergey Gorelik, Jonathan Hobley
  • 学会等名: The 227th ECS Metting
  • 発表場所: イリノイ州シカゴ市(アメリカ合衆国)
  • 年月日: 2015-05-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 一次元臭素架橋Pd錯体における励起光波長による選択的光相制御：モット絶縁体－金属転移とモット絶縁体－電荷密度波相転移 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松﨑 弘幸、寺重 翼、宮本辰也、岡本 博、熊谷翔平、高石慎也、山下 正廣、岩野薫、高橋亮、若林裕助
  • 学会等名: 日本物理学会第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学 早稲田キャンパス(東京都新宿区)
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] パルスレーザ光照射による大気中光電子放出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 細貝 拓也、松﨑 弘幸、古部 昭広、中村 健
  • 学会等名: 2015年第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（神奈川県平塚市)
  • 年月日: 2015-03-14
• [学会発表] 過渡吸収分光法による熱活性型遅延蛍光分子の励起状態の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 細貝 拓也、古部 昭広、松﨑 弘幸、徳丸克己、吉岡俊博、筒井哲夫、中野谷一、八尋正幸、安達千波矢
  • 学会等名: 有機ＥＬ討論会第19回例会
  • 発表場所: 沖縄県市町村自治会館（沖縄県那覇市）
  • 年月日: 2014-11-28 – 2014-11-29
• [学会発表] ジケトピロロピロール骨格を有するドナー・アクセプター型コポリマーを用いた有機太陽電池における光励起状態ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 松﨑 弘幸、古部 昭広、加藤 隆二、Sergey Gorelik、Evan Laurence Williams、Vijila Chellappan、Gomathy Sandhya Subramanian、Jonathan Hobley、Prashant Sonar、Samarendra P. Singh
  • 学会等名: 2014年第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス(北海道札幌市)
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] Dye Aggregation Effect on Interfacial Electron-Transfer Dynamics in Zinc Phthalocyanine-Sensitized Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: 松崎 弘幸、村上 拓郎、正木 成彦、古部 昭広、木村 睦、森正悟
  • 学会等名: The 20th International Conference on Conversion and Storage of Solar Energy (IPS-20）
  • 発表場所: マリティムホテル(ドイツ ベルリン市)
  • 年月日: 2014-07-29
• [学会発表] 亜鉛フタロシアニン錯体を用いた色素増感太陽電池における界面電子移動ダイナミクス
  • 著者名/発表者名: 松崎 弘幸、古部 昭広、村上 拓郎、正木 成彦、森 正悟、木村 睦
  • 学会等名: 光化学討論会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区
• [学会発表] 電荷移動錯体DBTTF-TCNQ結晶のフェムト秒ポンププローブ分光
  • 著者名/発表者名: 松崎 弘幸、堤 潤也、長谷川 達生
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
• [学会発表] Femtosecond absorption spectroscopy of bulk heterojunction solar cells utilizing a diketopyrrolopyrrole polymer
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Matsuzaki、Akihiro Furube、Ryuzi Katoh, Samarendra P. Singh, Prashant Sonar, Evan Laurence Williams, Vijila Chellappan, Gomathy Sandhya Subramanian, Sergey Gorelik, and Jonathan Hobley
  • 学会等名: 第26回光化学に関する国際会議(ICP2013)
  • 発表場所: ルーヴァン・カトリッ ク大学(ベルギー王国ルーヴァン市)
• [学会発表] 可視-近赤外過渡吸収分光装置 ～色素増感太陽電池の開発に威力を発揮～
  • 著者名/発表者名: 松崎 弘幸
  • 学会等名: 第3回次世代ものづくり基盤技術産業展(TECH Biz EXPO 2013)
  • 発表場所: ボートメッセなごや
  • 招待講演
• [学会発表] 新規Diketopyrrolopyrrole系OPV材料の電荷再結合過程：高感度過渡吸収分光による検討
  • 著者名/発表者名: Ryuzi Katoh, Hiroyuki Matsuzaki, Akihiro Furube, Gomathy Sandhya Subramanian, Evan Laurence Williams, Vijila Chellappan, Sergey Gorelik, Jonathan Hobley and Samarendra P. Singh
  • 学会等名: 光化学討論会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区
• [産業財産権] 多層膜の評価方法 (2015)
  • 発明者名: 松﨑弘幸, 東遥介, 髙橋永次, 藤原豊
  • 権利者名: 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 株式会社住化分析センター
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-231084
  • 出願年月日: 2015-11-26