二次元フーリエ分光法による鉛ペロブスカイト太陽電池の電子状態とその動的特性の解明

鉛ペロブスカイト太陽電池は、その優れたエネルギー変換効率から新しい太陽電池材料として期待されている。この材料に特有の長寿命のキャリアが存在できる理由として、ポーラロン効果とラシュバ効果が有力である。本研究では、我々が考案した光電流をプローブとした二次元フーリエ分光法を用いることで、鉛ペロブスカイト太陽電池のバンド端近傍の電子状態とその動的特性を解明する。二次元フーリエ分光法は、位相制御した光パルス列を用いることで、光の吸収過程と放射過程についての二次元スペクトルを得ることができる手法である。これにより、鉛ペロブスカイト太陽電池における長寿命キャリアの起源を明らかにする。本研究では典型的な鉛ペロブスカイト太陽電池としてMAPbBr_3単結晶を用いることとする。今年度は、初めに測定を行うための光源を準備した。Tiサファイアオシレーターにより発生させた1.5 eVのフェムト秒パルスをフォトニック結晶ファイバーに入射することで、スーパーコンティニウム(SC)光を発生させた。SC光を用いることでMAPbBr_3単結晶のバンド端（2.3 eV）で実験を行うことができる。SC光はチャープ量が大きくパルスの時間幅が非常に大きいことから、プリズムペアを用いてパルスの分散補償をすることで時間幅の圧縮を行った。次に、MAPbBr_3単結晶の二次元フーリエ分光測定を行った。ネストしたマッハツェンダー干渉計によりパルス列を作り、試料に照射することで発生する光電流を測定した。パルス列の時間間隔を走査することで二次元データを取得し、これをフーリエ変換することで二次元スペクトルを得た。試料は冷凍機を用いて冷却し、7 Kと160 Kで二次元スペクトルを得ることができた。バンド端近傍に励起子に由来すると考えられるピークを観測することができた。

鉛ペロブスカイト太陽電池は、その優れたエネルギー変換効率から新しい太陽電池材料として期待されている。この材料に特有の長寿命のキャリアが存在できる理由として、ポーラロン効果とラシュバ効果が有力である。本研究では、我々が考案した光電流をプローブとした二次元フーリエ分光法を用いることで、鉛ペロブスカイト太陽電池のバンド端近傍の電子状態とその動的特性を解明する。二次元フーリエ分光法は、位相制御した光パルス列を用いることで、光の吸収過程と放射過程についての二次元スペクトルを得ることができる手法である。これにより、鉛ペロブスカイト太陽電池における長寿命キャリアの起源を明らかにする。本研究では典型的な鉛ペロブスカイト太陽電池としてMAPbBr_3単結晶を用いることとする。今年度は、初めに測定を行うための光源を準備した。Tiサファイアオシレーターにより発生させた1.5 eVのフェムト秒パルスをフォトニック結晶ファイバーに入射することで、スーパーコンティニウム(SC)光を発生させた。SC光を用いることでMAPbBr_3単結晶のバンド端（2.3 eV）で実験を行うことができる。SC光はチャープ量が大きくパルスの時間幅が非常に大きいことから、プリズムペアを用いてパルスの分散補償をすることで時間幅の圧縮を行った。次に、MAPbBr_3単結晶の二次元フーリエ分光測定を行った。ネストしたマッハツェンダー干渉計によりパルス列を作り、試料に照射することで発生する光電流を測定した。パルス列の時間間隔を走査することで二次元データを取得し、これをフーリエ変換することで二次元スペクトルを得た。試料は冷凍機を用いて冷却し、7 Kと160 Kで二次元スペクトルを得ることができた。バンド端近傍に励起子に由来すると考えられるピークを観測することができた。