電荷注入層と有機強誘電体薄膜の複合化による超高圧光電変換素子の高効率化

通过电荷注入层与有机铁电薄膜的结合提高超高压光电转换器件的效率

基本信息

批准号：
01603535
负责人：
松重和美
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1989
资助国家：
日本
起止时间：
1989 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は有機強誘電体薄膜の異常光起電力効果を利用した光電交換の高効率化に関し、下記の成果を得た。(1)電荷注入層との複合化による高効率化: 高分子および有機薄膜において発生する光電流値は非常に低い。その一因は光照射時に生成するキャリア数が少ないことにあると考えられる。そこで、高分子強誘電体薄膜試料の上に電荷注入層としてSe膜を積層した試料を作製したところ、APV電流値は積層しない場合と比べて数倍と上昇した。また、開放端電圧値も数分以内に採用した測定系の限界値である120Vに達した。また、積層試料を数枚更に積層すれば、数百〜千Vと超高圧の光誘起電圧の発生も可能と考えられ、この光電セルは、高電圧のみを必要とする用途には十分実用化の可能性があることを示唆する。(2)平行光入射法による高効率化: 通常の薄膜試料面に対して垂直方向から光を入射する方法では光吸収効率は極端に悪い。そこで、膜面に平行方向から光を照射する方法を採用した結果、APV電流の照射単位面積当りの値は垂直光入射法に較べ、約千倍も向上することがわかった。その一因として、この異常光起電力効果では光電変換機能は試料内部全域で発生するという発現機構が考えられる。(3)電界下真空蒸着法による超薄膜光電変換素子作製の可能性: 有機材料における光電変換機能の格段の向上を目指すには、高度の分子配向および構造制御が不可欠であると考えられる。そこで、真空蒸着装置および高電界印加可能試料セルを用いてPVDFの真空蒸着を試みた。その結果、電界無印可では非極性のα型結晶が生成するのに対し、蒸着過程で直流の高電界を印可することにより自発分極を有するβ型結晶の分子配向試料が生成すること、作製した超薄膜試料は明確な圧電・焦電性を示すことを確認した。

今年，我们在利用有机铁电薄膜的反常光伏效应提高光电交换效率方面获得了以下结果。 (1)与电荷注入层结合提高效率：聚合物和有机薄膜中产生的光电流值极低。其原因之一被认为是光照射时产生的载流子数少。因此，当我们制作在聚合物铁电薄膜样品上层压Se膜作为电荷注入层的样品时，APV电流值与没有层压的情况相比增加了数倍。而且，开路电压值在几分钟内就达到了120V，这是所采用的测量系统的极限值。此外，认为通过进一步层压多个堆叠样品可以产生数百至1,000V的超高光感应电压，并且该光电电池对于仅需要高电压的应用来说是足够实用的。有一种可能性(2)采用平行光入射法的高效率：采用从垂直于薄膜样品表面的方向入射光的普通方法，光吸收效率极差。因此，采用平行于薄膜表面照射光的方法，发现单位照射面积的APV电流值比垂直光入射法提高了约1000倍。一个可能的原因是，在这种反常的光伏效应中，光电转换功能发生在整个样品的内部。 (3)电场下真空蒸镀制备超薄光电转换器件的可能性：为了显着提高有机材料的光电转换功能，高水平的分子取向和结构控制被认为是至关重要的。因此，我们尝试使用真空蒸发装置和能够施加高电场的样品池来真空蒸发PVDF。结果证实，在不施加电场时产生非极性α型晶体，而在蒸发过程中施加高直流电场则产生具有自发极化的分子取向的β型晶体样品。超薄膜样品表现出明显的压电和热释电特性。