ペロブスカイト半導体の発光量子効率計測に成功

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2019-08-07  京都大学

金光義彦 化学研究所教授、小島一信 東北大学准教授、秩父重英 同教授、池村賢一郎 浜松ホトニクス株式会社エンジニア、松森航平 千葉大学学部生、山田泰裕 同准教授らの研究グループは、ハライド系有機-無機ハイブリッド型ペロブスカイト半導体(CH3NH3PbBr3)の発光量子効率計測に成功しました。
照明や通信、太陽光発電などの光応用分野においては、電気・光エネルギーを相互に変換する発光ダイオード(LED)やレーザダイオード、太陽電池の高効率化が不可欠です。現在、これらのデバイスは用途に応じて様々な半導体材料を用いて製造されています。半導体材料の一つであるハロゲン化金属ペロブスカイトは結晶欠陥が生じにくい性質を持っており、高効率な太陽電池材料として知られています。また、欠陥が少ないという性質は光を電気に変える太陽電池の逆、つまり電気を光に変える発光素子としても魅力的で、ペロブスカイト半導体を用いたLEDの開発も進んでいます。光と電気を相互に変換する際、材料の性能を表す物理量の一つに内部量子効率(IQE)がありますが、一般的に直接計測が困難であるという問題がありました。
そこで本研究グループは、励起された結晶の発光のうち、不透明領域の波長の光(緑色)が結晶の上方にのみ放射される性質を利用して、ペロブスカイト半導体のIQEを実験的に計測することに成功しました。その結果、IQEは少なくとも62.5%に達することを見出し、さらに、メチルアンモニウム(CH3NH3)イオンの過不足によってIQEが大きく変動することを見出しました。
本研究成果は、ペロブスカイト半導体を用いた太陽電池やLEDの開発および機能向上に役立つほか、半導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。
本研究成果は、2019年7月31日に、国際学術誌「APL materials」のオンライン版に掲載され、「Editor’s Pick」に選ばれました。

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