Degradation science in emerging electronic devices

本研究では、電界を可視化するという独自技術を用い、前駆段階における微小な変化を捉えつつ、前駆現象から素子破壊まで、劣化という現象を連続的・系統的に捉えていく。本年度は、主にポンププローブSHG法によるPVK太陽電池および有機薄膜太陽電池（OSC）中のキャリア挙動評価およびSHGイメージングによる劣化イメージングを実施した。まず、有機薄膜太陽電池における膜厚方向の電界分布をイメージングするSHGイメージング顕微鏡を構築した。通常のSHGとは少し異なり、2本のレーザー光をサンプルに同時に斜入射し、サンプル垂直方向かららのSHGをイメージングするような設計とした。また、太陽電池の劣化評価で用いられるLBIC測定系もこのシステムに組み込んだ。OSCとしてはP3HT:PCBMバルクヘテロ太陽電池を用い、LBIC測定を行いながら疑似太陽光を照射して劣化させる実験条件を確定させた。SHG測定において、P3HTの電界を選択的に評価するためにレーザー波長を実験的に決定し、SHG光強度の電圧依存性から光強度が最小となる外部電圧(補償電圧)を測定し、これを内部電界とした。その結果、劣化前後で補償電圧が減少することを見出し、劣化後の素子では蓄積電荷を主な原因としてP3HT内の電界が小さくなっていることを明確化した。また構築した縦電界顕微鏡を用いて面内の一部を劣化させた素子を評価したところ、界面におけるホール蓄積による縦電界強度の減少が確認できた。ＳＨ強度の変化量から蓄積電荷密度を見積もった結果、LBICの変換効率が低かった部分では蓄積電荷密度の上昇が確認され、劣化箇所を蓄積電荷密度変化として定量的に可視化する新しい劣化評価手法を構築することができた。

本研究では、電界を可視化するという独自技術を用い、前駆段階における微小な変化を捉えつつ、前駆現象から素子破壊まで、劣化という現象を連続的・系統的に捉えていく。本年度は、主にポンププローブSHG法によるPVK太陽電池および有機薄膜太陽電池（OSC）中のキャリア挙動評価およびSHGイメージングによる劣化イメージングを実施した。まず、有機薄膜太陽電池における膜厚方向の電界分布をイメージングするSHGイメージング顕微鏡を構築した。通常のSHGとは少し異なり、2本のレーザー光をサンプルに同時に斜入射し、サンプル垂直方向かららのSHGをイメージングするような設計とした。また、太陽電池の劣化評価で用いられるLBIC測定系もこのシステムに組み込んだ。OSCとしてはP3HT:PCBMバルクヘテロ太陽電池を用い、LBIC測定を行いながら疑似太陽光を照射して劣化させる実験条件を確定させた。SHG測定において、P3HTの電界を選択的に評価するためにレーザー波長を実験的に決定し、SHG光強度の電圧依存性から光強度が最小となる外部電圧(補償電圧)を測定し、これを内部電界とした。その結果、劣化前後で補償電圧が減少することを見出し、劣化後の素子では蓄積電荷を主な原因としてP3HT内の電界が小さくなっていることを明確化した。また構築した縦電界顕微鏡を用いて面内の一部を劣化させた素子を評価したところ、界面におけるホール蓄積による縦電界強度の減少が確認できた。ＳＨ強度の変化量から蓄積電荷密度を見積もった結果、LBICの変換効率が低かった部分では蓄積電荷密度の上昇が確認され、劣化箇所を蓄積電荷密度変化として定量的に可視化する新しい劣化評価手法を構築することができた。