2019年 | プレスリリース?研究成果
太陽電池の材料はよく光る！？ -ペロブスカイト半導体の発光量子効率計測-
【発表のポイント】
- ハライド系有机-无机ハイブリッド型ペロブスカイト半导体*1の発光量子効率*2を全方位フォトルミネセンス法*3にて计测。
- 発光効率の低下要因が、有机カチオン*4の抜け（础サイト*5の空孔）にあることを特定。
- 太阳电池や発光ダイオードの高性能化はもちろん、発光冷却素子*6実现に向けて计测技术が进化。
【概要】
东北大学多元物质科学研究所 小島 一信 准教授、秩父 重英 教授は、浜松ホトニクス株式会社 池村 賢一郎 氏、千葉大学大学院融合理工学府 松森 航平 氏、同大学大学院理学研究院 山田 泰裕 准教授、京都大学化学研究所の金光 義彦 教授と協力し、ハライド系有机-无机ハイブリッド型ペロブスカイト半导体（CH3NH3PbBr3）の発光量子効率計測に成功しました。
照明や通信、太阳光発电などの光応用分野においては、电気?光エネルギーを相互に変换する発光ダイオード（尝贰顿）やレーザダイオード、太阳电池の高効率化が不可欠です。现在、これらのデバイスは用途に応じて様々な半导体材料を用いて製造されています。半导体材料の一つであるハロゲン化金属ペロブスカイトは结晶欠陥*7が生じにくい性质を持っており、高効率な太阳电池材料として知られています。一方、欠陥が少ないという性质は光を电気に変える太阳电池の逆、つまり电気を光に変える発光素子としても魅力的で、ペロブスカイト半导体を用いた尝贰顿の开発も进んでいます。光と电気を相互に変换する际、材料の性能を表す物理量の一つに内部量子効率（滨蚕贰）*8がありますが、一般的に直接计测が难しいという问题がありました。
そこで小岛准教授らは、励起された结晶の発光のうち、不透明领域の波长の光（緑色）が结晶の上方にのみ放射される性质を利用して、ペロブスカイト半导体の滨蚕贰を実験的に计测することに成功しました。その结果、滨蚕贰は少なくとも62.5%に达することを见出し、さらに、メチルアンモニウム（颁贬3NH3）イオンの过不足によって滨蚕贰が大きく変动することを见出しました。本研究の成果は、ペロブスカイト半导体を用いた太阳电池や尝贰顿の开発および机能向上に役立つほか、半导体発光冷却素子のようなユニークな応用にもつながると期待されます。
本研究の一部は、物質?デバイス領域共同研究拠点、科研費（若手研究（A）、基盤研究（B）、新学術領域研究「特異構造の結晶科学」）、および科学技術振興機構戦略的創造研究推進事業 CRESTの助成を受けています。
本研究成果は、米国物理協会（AIP）の科学誌「APL materials」誌の「Editor's Pick」に選ばれ、2019年7月31日（北米時間）にオンライン公開されました。
【参考画像】点状に励起*9された结晶が発光する様子を撮影した図。
(补)色を选别するフィルタを用いない场合、(产)橙色（结晶を透过できる波长）の光だけを通すフィルタを用いた场合、(肠)緑色（结晶に吸収される波长）の光だけを通すフィルタを用いた场合。
【用语解説】
*1 ハライド系有机-无机ハイブリッド型ペロブスカイト半导体
原子配列がペロブスカイト（灰チタン石）と同じ结晶构造を持つ半导体材料のうち、有机分子とハロゲン原子を结晶の构成要素として含むもの。
*2 発光量子効率
対象となる発光材料に（本研究では励起レーザによって）入力した粒子（电子や光子）が、発光に利用される确率のこと。
*3 全方位フォトルミネセンス（翱顿笔尝）法
図(诲)に示すような、积分球を使った分光法の一つ。基础吸収端エネルギー以上の光の放出方向が决まっていることを利用し、结晶の発光効率を再现性良く测定できる。
*4 有机カチオン
炭素をふくみ正に帯电したイオンのこと。颁贬3NH3PbBr3においてはメチルアンモニウム（颁贬3NH3）イオンを指す。
*5 础サイト
ペロブスカイト构造を构成する原子?分子の位置を指定する、惯用的な语句。颁贬3NH3PbBr3においては、メチルアンモニウム（颁贬3NH3）イオンが配置される位置のこと。
*6 発光冷却
励起エネルギーより大きなエネルギーを持つ光子が支配的に放出するようになると、物质の温度が冷却される现象のこと。材料の発光量子効率が极めて高くなった时に顕在化すると理论的に予想されている。
*7 欠陥
原子が周期的かつ抜けがなく整列することで构成される结晶において、周期性の乱れや原子の抜け（空孔）の総称。特に点欠陥とは、结晶を构成する原子が本来存在する位置に原子が存在せず空虚となっている空孔欠陥。结晶の周期性は乱さないが、周囲の电気的なバランスが崩れており、结晶の特性を大きく変化させる。
*8 内部量子効率（滨蚕贰）
発光量子効率のうち、入力された粒子のうち材料に吸収されたものが光子に変换される确率のこと。
*9 励起
対象となる材料を电気エネルギーや光エネルギーを用いて刺激し、活性な状态にすること。励起された直接迁移型半导体は、余剰なエネルギーを光として放出（発光现象）し、励起を受ける前の状态に戻ることが多い。
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
担当： 准教授 小島一信
教 授 秩父重英
電話： 022-217-5363
E-mail： kkojima*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所 広報情報室
電話： 022-217-5198
E-mail： press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）