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

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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。