光電変換材料の基礎と合成プロセス・デバイス評価のポイント

近年、薄膜太陽電池や光センサー用途などで、薄膜光電変換材料の研究開発の重要性が増しています。次世代太陽電池として注目されるペロブスカイト太陽電池を筆頭に、無機材料や有機材料など幅広い材料が、発電材料・電荷輸送材料などとして研究されています。 　材料開発においては、物質自身の基礎物性に加え、成膜・合成プロセスの特徴を踏まえて開発を行うことが重要です。また、特性や品質を適切に評価し、理論シミュレーションも駆使して研究開発を推進することが重要になります。 　以上を踏まえ本セミナーでは、主に1光電変換材料の基礎と合成・成膜プロセスの特徴、2有効な評価解析・シミュレーション技術に注目してセミナーを行います。特に評価解析技術としては、吸収分光やX線回折といった汎用的測定から有用な情報を得る解析テクニック (トラップ準位分散や結晶ひずみの定量、粒径解析など) について述べます。

1. 光電変換デバイス概論
   1. 薄膜太陽電池および関連デバイスの特長
   2. 光電変換デバイスのしくみ
      • 駆動原理
      • 等価回路
      • 性能の定義
   3. 薄膜光電変換デバイスの種類
      1. 有機薄膜太陽電池
      2. 無機系太陽電池
      3. ペロブスカイト太陽電池
   4. 光センサー
2. 光電変換材料の基礎
   1. どのような材料が望ましいか
   2. 光電変換材料の種類と特徴、注目すべき物性
      1. 無機系材料
         • ハロゲン化物 (ペロブスカイト含む)
         • カルコゲナイド、カルコハライド
      2. 有機系材料
   3. 電荷輸送材料の種類と特徴、注目すべき物性
3. 光電変換材料の合成・成膜プロセス
   1. 基本的な合成・成膜手法とその特徴、問題点など
      1. 塗布プロセス
         • スピンコート
         • ブレードコート等
      2. CBD (Chemical Bath Deposition) 法
      3. 蒸着、CVD等のドライプロセス
   2. 実際の成膜方法、高品質化の手法 (添加剤や貧溶媒法、雰囲気制御など)
      1. 有機材料
      2. 無機材料およびペロブスカイト
4. 薄膜材料の評価
   1. 分光測定
      • 吸収端解析
      • 発光
      • 高電子分光など
   2. 構造評価
      • X線回折
      • 結晶ひずみ解析
      • 二次元X線回折
   3. モルフォロジー評価
      • 各種顕微鏡
      • 画像解析
   4. 時間分解測定 (発光、電荷移動度の非接触測定など)
   5. その場測定の活用
5. 光電変換デバイスの構造と作製
   1. デバイス構造の種類と特徴
   2. 実際のデバイス作製と注意点
6. デバイスの評価およびシミュレーション
   1. 基本的な測定 (JVやEQE測定)
   2. 光量依存測定 (理想因子算出など)
   3. 時間分解測定
      • 過渡電圧/電流測定
      • CELIV法
   4. フリーソフトSCAPSによるデバイスシミュレーション
• 質疑応答