電場誘起顕微ラマン分光装置の開発と太陽電池及び微生物燃料電池への応用

电场诱导微型拉曼光谱仪的研制及其在太阳能电池和微生物燃料电池中的应用

基本信息

批准号：
18J20312
负责人：
戸田尚吾
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kwansei Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

太陽電池内部では有機無機ハイブリッドペロブスカイトは微結晶薄膜の状態で存在しており，薄膜を構成する微結晶の配向が電池の性能に関係することが知られている。したがって，実動作下で微結晶の配向を評価することが重要であるが，微結晶配向を大気条件下で簡便に可視化する手法は確立されていなかった。そこで，分子の配向を鋭敏に反映する偏光ラマン分光法に注目し，ペロブスカイト薄膜のラマンイメージング測定を行った。得られたイメージングデータに対して，バンド分割による解析を行うことで微結晶の相対的な配向を可視化することに成功した。さらに，配向情報が既知の単結晶から得られたスペクトルと比較することで，空間固定座標系における微結晶の絶対配向の可視化にも成功した。イオン液体を電気化学分野で応用するうえで，外部電場に対するふるまいを理解することは必要不可欠であるが，未だ十分には解明されていない。そこで，自作の電場印加システムを駆使して電場印加時と非印加時のラマンスペクトルの差を検出し，差スペクトルからイオン液体への電場効果を調べた。その結果，電場印加によってスペクトル全体の強度が一様に変化していることを意味する差スペクトルが得られた。電場強度依存性や電極からの距離依存性の結果から，観測された一様の強度変化は電極界面のイオン液体の屈折率変化（ポッケルス効果）に起因していると予想した。さらに，分子液体のポッケルス効果を報告した先行研究と比較することで，電場が電極界面のイオン液体に影響を与える範囲が数十から数百ナノメートルのオーダーである可能性を示した。コヒーレントアンチストークスラマン分光装置を構築し，標準試料の高速イメージングおよび，電場応答の測定に成功した。上述の電場効果に関する実験に比べて，一点あたりの測定速度は約15倍向上しており，測定に要する時間を大幅に短縮できる可能性も示した。

内部太阳能电池，有机无机杂种钙钛矿以微晶薄膜的形式存在，众所周知，构成薄膜的微晶的方向与电池的性能有关。因此，重要的是要在实际操作下评估微晶的方向，但是在大气条件下尚未建立任何方法来轻松可视化微晶体。因此，我们专注于极化的拉曼光谱，该光谱敏感地反映了分子的方向，并在钙钛矿薄膜上进行了拉曼成像测量。通过频段分析成功地可视化了所获得的成像数据，以可视化微晶的相对方向。此外，通过将方向信息与从已知的单晶获得的光谱进行比较，我们成功地看到了在空间固定坐标系统中微晶的绝对取向。在电化场应用离子液体时，必须了解外部电场的行为，但尚未完全理解。因此，我们使用自己的电场应用系统来检测当应用电场和应用电场和未应用的电场时，拉曼光谱之间的差异，并检查了差异光谱对离子液体的电场效应。结果，获得了差异频谱，这意味着由于电场的应用，整个光谱的强度均匀地改变了。根据电场强度和与电极距离的依赖性的结果，可以预测观察到的均匀强度变化是由于电极界面处离子液体折射率的变化（Pockels效应）。此外，与以前的研究相比，报告了分子液体的骨骼效应，它表明，电场影响电极界面处的离子液体的范围可能处于数百至数百个纳米计的顺序。构建了连贯的反stokes拉曼光谱，并快速对标准样品进行成像以及电场响应的测量成功。与上述有关电场效应的实验相比，每点的测量速度已提高了约15倍，这表明测量所需的时间可以大大减少。