局在プラズモン共鳴を利用する有機薄膜太陽電池の開発

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本年度は、金属ナノ粒子の接近場に基づく電場増強の効果を検討するため、形状と粒径がほぼ同じ金および銀ナノ粒子の合成を行った。Poly (methyl methacrylate)(PMMA)をスペーサとして金族ナノ粒子層とポリチオフェン層の間に挿入した構造のサンプルを作製した。蛍光測定によって、金および銀ナノ粒子のLB膜のプラズモン特性がポリチオフェン薄膜の光化学特性に及ぼす影響の距離依存性を検討した。その結果、金属ナノ粒子とポリチオフェン薄膜の距離を増大すると、プラズモンに基づく蛍光増強の効果が減少することが、実験から明らかにした。さらに、金属の表面エネルギー遷移がポリチオフェン薄膜の蛍光特性に及ぼす影響を検討するため、プラズモンバンド異なる球状金属ナノ粒子を使用して、波長532nmの光を励起光として、ポリチオフェン薄膜の蛍光を測定した。その研究に、球状の金・銀・銀コア金シェルナノ粒子を合成し、LB方法でグラス基板に付着し、粒子膜のプラズモンバンドはそれぞれ～420nm, ～530nm, ～700nmである。球状金ナノ粒子のプラズモンバンドが励起波長に最も近いでも、金ナノ粒子が存在するポリチオフェン薄膜の蛍光強度が最も低い。銀ナノ粒子存在する場合、ポリチオフェン薄膜の蛍光最も高い。その結果、銀ナノ粒子の方がプラズモン基づく電場増強の効果が高いことを、実験からのアプローチによって明らかにした。さらに、安定性が高いコアシェル構造の銀ナノ粒子を有機薄膜太陽電池に導入することで、太陽電池の変換効率を向上させることに成功しました。FDTDシミュレーションを併用して銀ナノ粒子の電場増強効果についても検討し、それらの研究成果を現在投稿論文として執筆中であります。