| 研究概要 |
本研究では,ナノ界面構造制御した有機超薄膜を用いて,金属表面における多重表面プラズモン(SP)励起を利用して,有機層への光吸収を増大させることにより,従来の十倍程度の効率を有する光電変換素子の開発を目的に,その基礎的研究を行った。本研究で作製した光電変換素子は,プリズム/Al薄膜/有機色素薄膜/Ag薄膜とプリズム/MgF_2薄膜/Ag薄膜/有機色素薄膜/Al薄膜の構造の2種類である。前者の構造は,SP励起が可能な全反射減衰(ATR)法のクレッチマン配置構造となっている。後者の構造は,クレッチマン配置とオットー配置を併せ持つ構造となっている。有機色素薄膜としてp形半導体の性質を示す銅フタロシアニン(CuPc)分子の蒸着膜を使用して素子を作製した。すなわち,作製された素子構造はショットキーダイオードの構造を持つ。ATR測定により,作製された素子の各層の複素誘電率や膜厚の評価を行った。また,ATR測定と同時に短絡光電流(I_<SC>)測定も行い,光電変換特性の評価を行った。その結果,前者の構造ではAg薄膜/空気界面でSPが共鳴励起されたATR特性が観測され,このATR特性の共鳴角度に対応してI_<SC>も増大していることがわかった。後者の構造では,MgF_2薄膜/Ag薄膜の界面でSPが強く励起され,これに伴いI_<SC>が増大した。また,ATR測定から得られた各層の複素誘電率や膜厚を用いて,素子内部の電界分布や光吸収の計算を行った。その結果,SP励起により有機色素層内の光吸収が増大し,I_<SC>も増大することがわかった。なお,理論計算においては,各層の厚さや素子構造を変えたりして,種々検討した。本研究の結果は,高効率な光センサや太陽電池の開発に非常に有用である。
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