河根拓哉 Gebhard J. MAtt Andres Osvet Shreetu Shrestha Levchuk...
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河根拓哉 1 Gebhard J. MAtt 2 Andres Osvet 2 Shreetu Shrestha 2 Levchuk Jevgen 2 Christoph J. Brabec 2 Andrii Kanak 3 Petro Fochuk 3 加藤正史 1 ペロブスカイト構造結晶に対する光伝導性測定 1 名工大〒466-8555 愛知県名古屋市昭和区御器所町 [email protected] 色素増感太陽電池の素材として ペロブスカイト構造結晶が注目されている ↓ 従来のシリコン太陽電池などに比べ高効率、 低コスト化が期待 光伝導性への理解が不十分なためその調査が必要[1] ⒈研究背景 図1 PLスペクトル図 （MAPbI 3 ） 図2 PLスペクトル図 （MAPbBr 3 ） 図3 PLスペクトル図 （CsPbBr 3 ） 図6 TR-PL 減衰曲線（CsPbBr 3 ） 図5 TR-PL 減衰曲線（MAPbBr 3 ） 図4 TR-PL 減衰曲線（MAPbI 3 ） 図7 μ-PCD 減衰曲線（MAPbI 3 ） 図8 μ-PCD 減衰曲線（MAPbBr 3 ） 図9 μ-PCD 減衰曲線（CsPbBr 3 ） MAPbI 3 （Single , Poly） MAPbBr 3 （Single , Poly） CsPbBr 3 （Single , Poly） μ-PCD TR-PL PLスペクトル ⒋結果 ⒍参考文献 ⒉実験方法 フォトルミネッセンス(PL) スペクトル測定 →波長の観測 ・時間分解PL(TR-PL）法 発光再結合成分を観測 ・マイクロ波光導電減衰法(μ-PCD)法 試料の導電率変化を反射マイクロ波で測定 時間分解測定 レーザー光源 ・YAGレーザー ・波長=355 nm ・周波数100 Hz ・パルス幅1 ns ⒌まとめ ・キャリア減衰は 結晶の表面再結合、 少数キャリアトラップによる影響が 大きいと推測 [1] D. Bartesaghi et al., J. Phys. Chem. C 122 (2018） 4809- 4816. [2] M. Ichimura, Solid-State Electron. 50 (2006） 1761-1766. 共通する傾向への考察 急峻な減衰 ：表面再結合、再結合中心などの速い再結合の影響 緩慢な減衰 ：少数キャリアトラップによる再結合の影響［2］ TR-PL ・複数の減衰成分の存在 μ-PCD ・単結晶の時定数の遅さ ：少数キャリアトラップが存在し 再結合に影響していると推測 ・TR-PL , μ-PCD共に単結晶に比べ 多結晶の急峻な減衰の割合が多い MAPbBr 3 TR-PL ・μ-PCDよりの減衰成分が急峻 μ-PCD ・遅い減衰の割合の違い ：多結晶中の 少数キャリアトラップの影響が 強く反映されている可能性 MAPbI 3 各試料に対する結果・考察 700～800nmの発光 500～570nmの発光 500～570nmの発光 多結晶に比べ 単結晶の減衰は 時定数が遅い 単結晶に急峻な減衰が見られない ・複数の減衰の存在 ・急峻な減衰が多結晶でより多い （他試料でも共通の傾向） 急峻な減衰がμ-PCDより顕著 （他試料でも共通の傾向） 時定数 0.649[s] 時定数 1.701[s] ペロブスカイト構造結晶 MAPbI 3 MAPbBr 3 CsPbBr 3 ⒊測定試料 ※MA:NH 3 CH 3 単結晶 多結晶 ・TR-PLとμ-PCDの 減衰初期の急峻さに違い ・多結晶の試料に早い減衰が多い傾向 ：多結晶の表面積の大きさによる表面再結合の影響と推測 ・時間分解曲線の急峻な減衰と緩慢な減衰 ：TR-PL:I PL (t)=γ[n 0 +δn(t)]δp(t) γ:輻射再結合係数 過剰キャリア濃度の積による変化を観測･･･片方のキャリア濃度の変化で急激な信号の変化 ： μ-PCD:ΔR∝q(μ p +μ n )Δp ΔR:反射率変化、q:素電荷 μ n,p :移動度、Δp:過剰キャリア濃度 過剰キャリア濃度の和による変化を観測･･･片方のキャリア濃度が変化しても緩やかな信号の変化 y s 1 =0.972e -59.63x y p2 =0.233e -0.303x y s2 =0.069e -0.557x y p1 =1.034e -27.25x y=Ae -x/τ とすると A s1 /A s2 <A p1 /A p2 ‥急峻な減衰が単結晶でより多い 試料の作製法 単結晶 MAPbBr3: AVAC法, CsPbBr3:液相成長法 各多結晶：粉末合成 CsPbBr 3 TR-PL ・複数の減衰成分の存在 ・μ-PCDより初期の減衰成分が急峻 μ-PCD ・初期の減衰に形状差 ：ドーピング濃度が低く、 高注入状態となり 減衰が緩慢となったと推測 曲線状の減衰 ･･･時定数の異なる 複数の減衰成分が混在
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河根拓哉1 Gebhard J. MAtt2 Andres Osvet2 Shreetu Shrestha2 Levchuk Jevgen2
Christoph J. Brabec2 Andrii Kanak3 Petro Fochuk3 加藤正史1
ペロブスカイト構造結晶に対する光伝導性測定
1名工大〒466-8555 愛知県名古屋市昭和区御器所町[email protected]
色素増感太陽電池の素材としてペロブスカイト構造結晶が注目されている
↓
従来のシリコン太陽電池などに比べ高効率、低コスト化が期待
光伝導性への理解が不十分なためその調査が必要[1]
⒈研究背景
図1 PLスペクトル図（MAPbI3） 図2 PLスペクトル図（MAPbBr3） 図3 PLスペクトル図（CsPbBr3）
図6 TR-PL 減衰曲線（CsPbBr3）図5 TR-PL 減衰曲線（MAPbBr3）図4 TR-PL 減衰曲線（MAPbI3）
図7 μ-PCD 減衰曲線（MAPbI3） 図8 μ-PCD 減衰曲線（MAPbBr3） 図9 μ-PCD 減衰曲線（CsPbBr3）
MAPbI3（Single , Poly） MAPbBr3（Single , Poly） CsPbBr3（Single , Poly）
μ-P
CD
TR
-PL
PLスペクトル
⒋結果
⒍参考文献
⒉実験方法
フォトルミネッセンス(PL)スペクトル測定
→波長の観測
・時間分解PL(TR-PL）法発光再結合成分を観測
・マイクロ波光導電減衰法(μ-PCD)法試料の導電率変化を反射マイクロ波で測定
時間分解測定
レーザー光源
・YAGレーザー・波長=355 nm
・周波数100 Hz
・パルス幅1 ns
⒌まとめ
・キャリア減衰は結晶の表面再結合、少数キャリアトラップによる影響が大きいと推測
[1] D. Bartesaghi et al., J. Phys. Chem. C 122 (2018） 4809-4816. [2] M. Ichimura, Solid-State Electron. 50 (2006） 1761-1766.
共通する傾向への考察急峻な減衰：表面再結合、再結合中心などの速い再結合の影響緩慢な減衰：少数キャリアトラップによる再結合の影響［2］
TR-PL・複数の減衰成分の存在
μ-PCD ・単結晶の時定数の遅さ：少数キャリアトラップが存在し
再結合に影響していると推測
・TR-PL , μ-PCD共に単結晶に比べ多結晶の急峻な減衰の割合が多い
MAPbBr3
TR-PL・μ-PCDよりの減衰成分が急峻
μ-PCD ・遅い減衰の割合の違い：多結晶中の
少数キャリアトラップの影響が強く反映されている可能性
MAPbI3各試料に対する結果・考察
700～800nmの発光 500～570nmの発光 500～570nmの発光
多結晶に比べ単結晶の減衰は時定数が遅い
単結晶に急峻な減衰が見られない
・複数の減衰の存在・急峻な減衰が多結晶でより多い（他試料でも共通の傾向）
急峻な減衰がμ-PCDより顕著（他試料でも共通の傾向）
時定数0.649[s]
時定数1.701[s]
ペロブスカイト構造結晶
MAPbI3 MAPbBr3 CsPbBr3
⒊測定試料
※MA:NH3CH3
単結晶
多結晶
・TR-PLとμ-PCDの減衰初期の急峻さに違い
・多結晶の試料に早い減衰が多い傾向 ：多結晶の表面積の大きさによる表面再結合の影響と推測
・時間分解曲線の急峻な減衰と緩慢な減衰
：TR-PL:IPL(t)=γ[n0+δn(t)]δp(t) γ:輻射再結合係数
過剰キャリア濃度の積による変化を観測･･･片方のキャリア濃度の変化で急激な信号の変化
： μ-PCD:ΔR∝q(μp+μn)Δp ΔR:反射率変化、q:素電荷 μn,p:移動度、Δp:過剰キャリア濃度
過剰キャリア濃度の和による変化を観測･･･片方のキャリア濃度が変化しても緩やかな信号の変化
ys1=0.972e-59.63x
yp2=0.233e-0.303x ys2=0.069e-0.557x
yp1=1.034e-27.25x
y=Ae-x/τとすると As1/As2<Ap1/Ap2
‥急峻な減衰が単結晶でより多い
試料の作製法単結晶 MAPbBr3: AVAC法, CsPbBr3:液相成長法各多結晶：粉末合成
CsPbBr3
TR-PL ・複数の減衰成分の存在・μ-PCDより初期の減衰成分が急峻
μ-PCD ・初期の減衰に形状差：ドーピング濃度が低く、
高注入状態となり減衰が緩慢となったと推測
曲線状の減衰･･･時定数の異なる
複数の減衰成分が混在
