Degradation science in emerging electronic devices

新兴电子设备中的降解科学

基本信息

批准号：
22H01519
负责人：
間中孝彰
金额：
$ 10.9万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

在这项研究中，我们将利用独特的电场可视化技术来捕捉前驱阶段的微小变化，并连续、系统地捕捉从前驱现象到元素破坏的恶化现象。今年，我们主要使用泵浦探针SHG方法评估PVK太阳能电池和有机薄膜太阳能电池（OSC）中的载流子行为，并使用SHG成像进行劣化成像。首先，我们构建了SHG成像显微镜来对有机薄膜太阳能电池厚度方向的电场分布进行成像。与普通二次谐波发生器略有不同，其设计是两束激光同时倾斜入射到样品上，二次谐波发生器从垂直于样品的方向成像。此外，用于评估太阳能电池劣化的LBIC测量系统也被纳入该系统。我们使用 P3HT:PCBM 体异质太阳能电池作为 OSC，并通过在进行 LBIC 测量的同时用模拟阳光照射它来建立降解它的实验条件。在SHG测量中，我们通过实验确定激光波长来选择性地评估P3HT的电场，根据SHG光强度的电压依赖性来测量光强度最小时的外部电压（补偿电压），并将其作为内部电场。结果，他们发现补偿电压在劣化前后降低，并且明确了劣化元件中P3HT内部的电场变小主要是由于累积电荷造成的。此外，当我们使用构建的纵向电场显微镜评估面内部分退化的器件时，我们证实纵向电场强度由于界面处的空穴积累而降低。根据SH强度的变化量推算累积电荷密度的结果，确认了LBIC的转换效率低的区域中累积电荷密度增加，并且开发了新的劣化评价方法，以定量可视化劣化的情况。区域作为累积电荷密度的变化我能够构建它。