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2015 年度 実績報告書

ハロゲン化金属ペロブスカイト半導体を用いた発光デバイスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 15H03573
研究機関東京大学

研究代表者

近藤 高志  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (60205557)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードペロブスカイト半導体 / ハロゲン化鉛 / 太陽電池 / ヘテロ構造 / 真空蒸着 / 発光ダイオード
研究実績の概要

真空蒸着法による高品質ヘテロ構造の作製を目指し,蒸着条件の制御性を高めるため,セル温度のPID制御機構を整備した。これにより,再現性・一様性に優れた製膜が可能となった。
ハロゲン化鉛ペロブスカイト半導体ヘテロ構造作製を目的として,真空蒸着法によりメチルアンモニウムハロゲン化鉛CH3NH3PbI3/CH3NH3PbBr3ヘテロ積層膜の作製をおこなった。その結果,条件によってはヘテロ積層膜とはならず,一様な混晶(CH3NH3PbI3-xBrx)膜が製膜されることが明らかとなった。製膜中も製膜後も高温プロセスを経ていないにもかかわらずこのような自発的混晶化が起きるのは驚くべきことである。これは,ハロゲン化物イオンサイトの欠陥を介したイオン拡散が原因であると推測している。基板の導電性の有無も含めた様々な条件での製膜を繰り返し,自発的混晶化のメカニズム究明とその抑制の可否について詳細な検討を進めているところである。
また,ホルムアミジニウムヨウ化鉛CH(NH2)2PbI3薄膜の真空蒸着による製膜をおこなった。この材料は溶液プロセスでは室温で非ペロブスカイト相が析出し,アニールによってペロブスカイト相へ転移するものの数時間で非ペロブスカイト化すると報告されている。真空蒸着で作製した薄膜は,基板温度を室温に保って製膜しているにもかかわらず,ペロブスカイト相となり,しかもそれは少なくとも17日以上にわたって安定であることがわかった。これについてもヘテロ積層膜の作製を計画している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

メチルアンモニウムハロゲン化鉛について,条件によってはヘテロ積層膜が作製できることを示せた。しかし,同時に,自発的混晶化という意外な現象が起こることが明らかとなり,この現象の克服が課題として浮かび上がった。

今後の研究の推進方策

メチルアンモニウムハロゲン化鉛における自発的混晶化のメカニズムを究明し,それを抑制してヘテロ積層膜を作製する方法を確立する。また,ホルムアミジニウムハロゲン化鉛についてもヘテロ積層薄膜作製を試みる。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Exciton-exciton scattering in perovskite CH3NH3PbBr3 single crystal2016

    • 著者名/発表者名
      H. Kunugita, Y. Kiyota, Y. Udagawa, Y. Takeoka, Y. Nakamura, J. Sano, T. Matsushita, T. Kondo, and K. Ema
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 55 ページ: 060304-1-3

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.060304

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excitonic feature in hybrid perovskite CH3NH3PbBr3 single crystals2015

    • 著者名/発表者名
      H. Kunugita, T. Hashimoto, Y. Kiyota, Y. Udagawa, Y. Takeoka, Y. Nakamura, J. Sano, T. Matsushita, T. Kondo, T. Miyasaka, and K. Ema
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 44 ページ: 852-854

    • DOI

      10.1246/cl.150204

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ハロゲン化鉛ペロブスカイト型半導体の物性2015

    • 著者名/発表者名
      近藤高志
    • 雑誌名

      オプトロニクス

      巻: 7 ページ: 71-75

  • [学会発表] Exciton and Bandgap Energies of Hybrid Perovskite CH3NH3PbI32015

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakamura, J. Sano, T. Matsushita, Y. Kiyota, Y. Udagawa, H. Kunugita, K. Ema, and T. Kondo
    • 学会等名
      2015 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2015)
    • 発表場所
      Sapporo Convention Center(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2015-09-27 – 2015-09-30
    • 国際学会
  • [学会発表] Excitonic properties and carrier dynamics of CH3NH3PbBr3 single crystals2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Kiyota, Y. Udagawa, H. Kunuigta, Y. Takeoka, Y. Nakamura, T. Matsushita, T. Kondo, T. Miyasaka, and K. Ema
    • 学会等名
      1st International Conference on Provskite Solar Cells and Optoelectronics
    • 発表場所
      ローザンヌ(スイス)
    • 年月日
      2015-09-27 – 2015-09-29
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機無機ペロブスカイト化合物の励起子物性2015

    • 著者名/発表者名
      清田祐貴, 宇田川洋祐, 中村唯我, 佐野惇郎, 松下智紀, 欅田英之, 竹岡裕子, 近藤高志, 江馬一弘
    • 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
      2015-09-18
  • [学会発表] ハロゲン化鉛ペロブスカイト型半導体CH3NH3PbX3の電子状態と励起子2015

    • 著者名/発表者名
      近藤高志, 江馬一弘
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-14
    • 招待講演
  • [学会発表] CH3NH3PbI3/CH3NH3PbBr3ヘテロ積層真空蒸着膜の自発的混晶化2015

    • 著者名/発表者名
      佐野惇郎, 中村唯我, 松下智紀, 近藤高志
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-14

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公開日: 2017-01-06  

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