全反射減衰配置を利用した有機光電変換素子の構造制御と高機能化

利用衰减全反射排列的有机光电转换器件的结构控制和功能增强

• 批准号: 16760248
• 负责人: 新保 一成
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760248/
• 关键词: 表面プラズモン; 光電変換; 導波モード; エバネッセント波; クレッチマン配置; MEH-PPV; オットー配置

本研究では、全反射減衰特性測定配置を利用して有機光電素子における有機層への光吸収を増大させることにより、従来よりも高い効率を有する有機光電変換素子・太陽電池の開発を試みた。まず、プリズム/MgF_2/Ag/銅フタロシアニン/Al/大気の構造において実験を行った。MgF_2はプリズムよりも低屈折率の媒質であり、MgF_2/プリズム界面で光を全反射させた時のエバネッセント波を用い、MgF_2/AgおよびAl/大気の界面でSPを励起できる。実験結果より、SPが励起されている時は、されていない時に比べて5倍以上の光電流が得られることがわかった。また、全反射減衰特性から得られた膜厚と誘電率による計算から、SPが励起されると銅フタロシアニンにおける光吸収が増大し、これに比例して光電流も大きくなることがわかった。さらに、有機層にp形材料であるMEH-PPVと、n形材料であるフラーレンC60を用いた実験も行った。この場合、銅フタロシアニンを単体で使用した場合よりも光電変換効率が極めて大きくなったと共に、さらにSP励起による数倍の効率向上が見られた。このように、SP励起が光電素子の高効率化に大きく寄与し、適当な構造の光電変換素子に適用することで高い変換効率が得られることが明らかとなった。他に、プリズム/Ag/ローダミン色素分散高分子薄膜/大気の構造において、導波モードを利用した有機色素の励起についても調べた。本研究においては、導波モードによってローダミン色素が励起され、それによって生じた蛍光が入射光とは異なる波長で導波モードを励起し、プリズムカップリングによって特定の角度に特定の波長の光が放射されることを見いだした。また、導波モード励起時には色素が強く励起され、プリズムからの放射光も強くなった。以上のような結果は、光電変換素子やセンシングデバイス等への応用に有望と考えられる。

在这项研究中，我们试图通过使用衰减全反射特性的测量装置来增加有机光电器件有机层的光吸收，从而开发比传统器件具有更高效率的有机光电转换器件和太阳能电池。首先对棱镜/MgF_2/Ag/铜酞菁/Al/大气的结构进行了实验。 MgF_2是一种折射率低于棱镜的介质，当光在MgF_2/棱镜界面全反射时，可以利用倏逝波在MgF_2/Ag和Al/大气界面处激发SP。实验结果表明，当SP被激发时，可以获得比未激发时多5倍的光电流。此外，使用由全反射衰减特性获得的膜厚度和介电常数的计算表明，当激发SP时，铜酞菁中的光吸收增加，并且光电流也与此成比例地增加。此外，我们还在有机层中使用p型材料MEH-PPV和n型材料富勒烯C60进行了实验。在这种情况下，光电转换效率明显高于单独使用铜酞菁时，并且通过SP激发效率也提高了数倍。由此可见，SP激发对于提高光电器件的效率有很大贡献，并且通过将其应用于具有适当结构的光电转换器件可以获得高转换效率。此外，我们研究了在棱镜/银/罗丹明染料分散聚合物薄膜/大气结构中使用波导模式激发有机染料。在这项研究中，罗丹明染料被波导模式激发，产生的荧光以与入射光不同的波长激发波导模式，并通过棱镜耦合以特定角度发射特定波长的光。可以做到。此外，当波导模式被激发时，染料被强烈激发，从棱镜发出的光也变得更强。上述结果被认为有望应用于光电转换元件、传感装置等。

项目成果

Luminescence and photoelectric properties of thiophene dendrimer spin-coated films

噻吩树枝状聚合物旋涂薄膜的发光和光电性能

• 发表时间: 2005
• 期刊: Current Applied Physics 5
• 作者: K.Shinbo;N.Iwami;M.Minagawa;Y.Ohdaira;K.Kato;F.Kaneko;T.Kawakami;今井政樹;Y.Ohdaira;K.Shinbo
• 通讯作者: K.Shinbo

Emission Light due to Waveguide Mode in PVA Film Containing Rhodamine 6G Dye

含有罗丹明 6G 染料的 PVA 薄膜中波导模式的发射光

• 发表时间: 2005
• 期刊: 11th International Conference on Organized Molecular films PT6-11
• 作者: T.Watanabe;M.Munakata;M.Ohkoshi;新保 一成;加藤 景三;Kazunari Shinbo
• 通讯作者: Kazunari Shinbo

Fabrication of surface relief gratings on azo dye thin films utilizing an interference of evanescent waves

• DOI: 10.1063/1.1857070
• 发表时间: 2005-01
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Y. Ohdaira;S. Hoshiyama;T. Kawakami;K. Shinbo;K. Kato;F. Kaneko

表面プラズモン励起を利用したフタロシアニン光電変換素子の高効率化

利用表面等离子体激发提高酞菁光电转换器件的效率

• 发表时间: 2005
• 期刊: 平成17年電気学会全国大会講演論文集 2
• 作者: 今井 政樹

Photoelectric Property of MEH-PPV/Fullerene Thin Film Cell Utilizing Surface Plasmon Excitations

利用表面等离子体激发的 MEH-PPV/富勒烯薄膜电池的光电特性

• 发表时间: 2005
• 期刊: Korea-Japan Joint Forum 2005, Organic Materials for Electronics and Photonics 2P-70
• 作者: K.Shinbo;N.Iwami;M.Minagawa;Y.Ohdaira;K.Kato;F.Kaneko;T.Kawakami
• 通讯作者: T.Kawakami