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2017 年度 実績報告書

スペックルパターン位相差顕微鏡を用いた3次元光誘起電子顕微測定法

研究課題

研究課題/領域番号 15K05549
研究機関中央大学

研究代表者

片山 建二  中央大学, 理工学部, 教授 (00313007)

研究分担者 桑原 彰太  東邦大学, 理学部, 講師 (10612658)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード顕微分光法 / 光励起キャリヤ / 太陽電池 / 光触媒 / 過渡格子 / 時間分解分光法
研究実績の概要

石油燃料をベースとした火力発電や核エネルギーを利用した原子力発電に代わるクリーンエネルギーの第一候補として太陽電池開発への期待はさらに高まっている。現在実用化されているシリコン系太陽電池は、生産のためにエネルギーコストがかかり、トータルのエネルギー効率を考えると問題がある。そこで、次世代の太陽電池として期待されているのが増感型太陽電池(SSC)と有機薄膜太陽電池であり、これらの開発が急務である。
光を増感剤に吸収させて電気エネルギーに変換する増感型太陽電池において、効率を決定づける電子移動のプロセスは、多孔質半導体/増感剤/電解質のナノ構造界面で起こる。近年、我々が開発した過渡格子法により、電池内での電子の失活過程の一つである、電解質イオンによる電子の再結合過程を選択的にとらえることに成功した。本研究では、この方法と過渡吸収分光法を組み合わせて、太陽電池効率を下げる主要因である電子の再結合過程を特定できる分光分析方法を提案した。
励起パルス光を液晶変調器により複数の回折次数に分割する。レンズを通して、対物レンズの後側焦点に集光した後、対物レンズに導入して、進行方向の異なる平行光として干渉させることでXY方向の干渉パターンを試料上に形成する。太陽電池や光触媒などの光デバイスに照射することで、光励起キャリヤを生成して、そのキャリヤの伝搬や失活過程を、Shchlieren法によりイメージングできる装置を開発した。
時間分解能5ns、空間分解能1umの顕微分光測定法の開発に成功し、現在、様々な光デバイス中での光励起電子の寿命や運動性について、デバイス構造との相関を調べる段階に達している。今後、様々な光デバイスに適用することで、光電流変換・光反応変換効率の高い光デバイス作成につながるものと期待される。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Boston College(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Boston College
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      1
  • [雑誌論文] Photoexcited charge carrier dynamics of interconnected TiO2 nanoparticles: evidence of enhancement of charge separation at anatase?rutile particle interfaces2018

    • 著者名/発表者名
      Shingai Daiki、Ide Yusuke、Sohn Woon Yong、Katayama Kenji
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 20 ページ: 3484~3489

    • DOI

      10.1039/C7CP07563D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge carrier kinetics in hematite with NiFeO x coating in aqueous solutions: Dependence on bias voltage2018

    • 著者名/発表者名
      Sohn Woon Yong、Thorne James E.、Zhang Yaohong、Kuwahara Shota、Shen Qing、Wang Dunwei、Katayama Kenji
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 353 ページ: 344~348

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2017.11.029

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dependences of the Optical Absorption, Ground State Energy Level, and Interfacial Electron Transfer Dynamics on the Size of CdSe Quantum Dots Adsorbed on the (001), (110), and (111) Surfaces of Single Crystal Rutile TiO22017

    • 著者名/発表者名
      Toyoda Taro、Shen Qing、Kamiyama Keita、Katayama Kenji、Hayase Shuzi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 121 ページ: 25390~25401

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b09371

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Slow hot carrier cooling in cesium lead iodide perovskites2017

    • 著者名/発表者名
      Shen Qing、Ripolles Teresa S.、Even Jacky、Ogomi Yuhei、Nishinaka Koji、Izuishi Takuya、Nakazawa Naoki、Zhang Yaohong、Ding Chao、Liu Feng、Toyoda Taro、Yoshino Kenji、Minemoto Takashi、Katayama Kenji、Hayase Shuzi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 111 ページ: 153903~153903

    • DOI

      doi.org/10.1063/1.4991993

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Investigation of Photoexcited Carrier Dynamics in Hematite and the Effect of Surface Modifications by an Advanced Transient Grating Technique2017

    • 著者名/発表者名
      Sohn Woon Yong、Kuwahara Shota、Thorne James E.、Wang Dunwei、Katayama Kenji
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 2 ページ: 1031~1035

    • DOI

      10.1021/acsomega.7b00021

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Anomalous enhancement by alkylamine of the dye-sensitized solar cells using TEMPO redox2017

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Taisei、Sohn Woon Yong、Shen Qing、Kuwahara Shota、Katayama Kenji
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 346 ページ: 281~286

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2017.06.015

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Specific interaction between dyes and ions in dye-sensitized solar cells observed with temporal spectral shift of dyes2017

    • 著者名/発表者名
      Hosokawa R.、Kuwahara S.、Katayama K.
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 334 ページ: 107~112

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2016.11.004

    • 査読あり
  • [学会発表] 格子パターン励起位相差顕微鏡による液晶の相転移領域伝搬の直接計測2017

    • 著者名/発表者名
      片山建二
    • 学会等名
      第7回ソフトマター研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Distinction between reactive and non-reactive trap states in photocatalytic reactions revealed by transient grating technique2017

    • 著者名/発表者名
      K. Katayama and S. Kuwahara
    • 学会等名
      Photocatalysis 2 & SIEMME'23
    • 国際学会
  • [学会発表] Time-resolved imaging of the propagation of molecular orientation change during the phase transition of liquid crystals2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji Katayama
    • 学会等名
      21st International Symposium on Advanced Display Materials & Devices (ADMD 2017)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Time-resolved imaging of the propagation of molecular orientation change during the phase transition of liquid crystals2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji Katayama
    • 学会等名
      Optics of Liquid Crystals 2017 (OLC2017)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-06-06  

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