| 研究課題/領域番号 |
15H02023
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
武内 修 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20361321)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 走査プローブ顕微鏡 / 有機太陽電池 / 有機LED |
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| 研究実績の概要 |
前年度までに完成させた、局所光電流測定実験と局所発光測定実験とを同一箇所に適用できる走査トンネル顕微鏡装置を用いて、P3HT:PCBM系およびMDMO-PPV:PCBM系のバルクへテロ有機薄膜太陽電池に対して計測を行った。P3HT:PCBM系太陽電池に対して行った実験では発電効率や発光効率の数十～数百nm程度の空間的不均一性を可視化できたが、分布は複雑に入り組んでおり P3HT と PCBM のドメインを明確に判別することはできなかった。一方、発電効率と発光効率との間には明確な負の相関が見られることが再現性よく確認された。この理由を明確にすべく、MDMO-PPV:PCBM 系太陽電池を自作した。この試料は数百nmの楕円形の PCBM ドメインが MDMO-PPV マトリクスに浮かぶ構造を持ち、発電効率は予想通り PCBM ドメイン内で高かった。発光効率を計測したところ、P3HT:PCBM 系と同様に発電効率の高い PCBM ドメインではむしろ発光効率が低いことが確認された。MDMO-PPV へ電子を注入した場合、ホール輸送層に阻まれ直接基板へ流れられない電子は MDMO-PPV 膜内に貯まり、基板から注入されたホールと効率よく発光再結合するのに対して、PCBM へ電子を注入した場合には MDMO-PPV と PCBM との界面で無視できないほどの非発光再結合が生じていると考えられる。同様の議論により P3HT:PCBM 系の結果も説明できる。現在は PCBM ドメイン内での発光効率と発電効率との相関を見つつ、発電効率の空間分布の起源について検討中である。また、探針試料間距離に対する光電流変化を測定し、局所発電効率測定中のトンネル接合を含めたデバイスモデルを構築した。内部抵抗やトンネル抵抗の影響を加味したデバイス評価法について徐々に理解が深まっている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
１～２年目に予算の関係上装置の導入が遅れたこと、その装置を使って計測した、同一箇所における発電効率分布と発光効率分布とが、当初の予想と異なり負の相関を持っており、その確認や理由の検討に時間を取られたことが理由として大きい。次年度はこれまでの成果を論文にまとめつつ、最終的に十分な成果が得られるよう進めたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
まずMDMO-PPV:PCBMに対する計測を継続し、MDMO-PPVドメイン内で発光効率、発電効率の相関を調べることにより、p-n界面の非発光再結合レートの空間分布を可視化することを試みる。また、探針・試料間距離に対するIV特性の違いを計測した結果から、光変調STMにより計測されるIV特性にトンネル接合や表面ごく近傍のコンダクタンスが及ぼす影響について明らかになってきた。次年度はさらに探針・試料間距離、光強度、バイアス電圧の関係を精査し、有機薄膜太陽電池をSTMで計測する際のトンネル接合部を等価回路で記述することを目的とした研究を進める。これには導電性原子間力顕微鏡による光電変換効率測定も活用する。
そのほか、酸素や水などの試料を劣化、さらなる測定効率の向上と測定時間の低減の工夫も続け、適用可能試料の範囲拡大にも努める。さまざまな試料や測定環境で得られる観測結果を比較・検討し、個々の成果を積み重ねることにより、本プロジェクトで開発した装置から得られるデータの解析や解釈の手法を確立していくことが狙いである。
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