ペロブスカイト・ナノ結晶の特性評価(SuperK 白色光レーザーによる波長可変励起)

NKT Photonics

オススメ

ペロブスカイト(perovskite)ナノ結晶の特性評価における波長可変光源として、SuperKシリーズ スーパーコンティニューム光源を利用できます。

NKT Photonics社製の SuperK スーパーコンティニューム光源は、SuperK VARIA チューナブル・スペクトルフィルタと組み合わせて、波長可変光源として利用できます。特に可視領域での高い出力を特長とする SuperKシリーズは、ペロブスカイト(perovskite)研究におけるチューナブル励起光源に最適です。
 
独国ミュンヘンのルートヴィヒ・マクシミリアン大学 A. S.アーバン教授率いるナノ分光グループは、新しい半導体材料の光学的および電子的特性を研究しています。
この研究チームでは、ペロブスカイト・ナノ結晶を特性評価における励起光源として、NKT Photonics社のパルスピッカー内蔵スーパーコンティニューム光源 SuperK EXTREME または SuperK FIANIUM と、SuperK VARIA 可変シングルライン・フィルタを組み合わせたシステムを使用しました。
 

ペロブスカイトナノ結晶の高いPL量子収量

ペロブスカイトナノ結晶は、99%もの高いフォトルミネッセンス(PL)量子収率をもち、かつ安価で合成が容易です。LEDなどの発光アプリケーションにおいて今後最も有望な素材です。
 

ペロブスカイト構造について

ペロブスカイトは、化学式ABX3のペロブスカイト結晶構造を持つ化合物で、膨大な種類があります。なおAとBはカチオン(例:CH3NH3とPb)、Xはアニオン(例:I, Cl, O)です。
ペロブスカイトは一般的に、直接遷移のバンドギャップ材で、センサー、太陽電池、LED、レーザー等に有用です。結晶サイズと元素の比率を変えることで、バンドギャップなどのプロパティを調整することができ、タンデムレイヤーで理想的な太陽光吸収を実現できます。
結晶性ペロブスカイトを用いた太陽電池は、2012年に最初のデモンストレーションが行われました。その後効率は20%を超えて、タンデム型太陽電池でSiを大きく上回っています。
 

バンドギャップチューニングで、可視光の発振を実現

ペロブスカイトナノ結晶のもう1つの有益な可能性として、ナノ結晶のサイズと組成を変更することによるバンドギャップチューニングがあります。これによって可視スペクトル全域を発振できるようになりますが、これには異なる複数の波長で励起する必要があります。この波長可変な励起光源として、SuperK EXTREME または SuperK FIANIUM と、SuperK VARIA 可変シングルライン・フィルタを組み合わせた波長可変システムが最適です。
 

個々のナノ結晶に関する情報へのアクセスが可能


A. S.アーバン教授の研究チームによる最初のセットアップでは、ナノ結晶内において原子が励起され、電荷担体が生成されます。その後さまざまな測定技術を適用して、高倍率の対物レンズでフォトルミネッセンスを収集しました。
研究チームはさらに、SuperKによって高い空間分解能を獲得した結果、大きなナノ結晶全体の測定時にも、通常はアクセスのできない個々のナノ結晶からのシグナルを収集できるようになりました。

発光の挙動解析を可能にするフォトルミネッセンス減衰曲線


研究チームは、SuperK 白色光レーザー自体のパルス特性と、組み込みパルスピッカーを利用して、時間相関単一光子計数(TCSPC)測定を行い、フォトルミネッセンス減衰曲線を生成しました。この減衰曲線は、ナノ結晶の発光挙動における減衰メカニズムに関する重要な情報を提供するものです。
また、ナノ結晶薄膜をクライオスタットに取り付けて解析し、温度依存のデータを取得しました。

隣接するナノ結晶間の拡散

次のセットアップでは、ナノ結晶フィルムを励起し、別の場所からフォトルミネッセンスを収集します。隣接するナノ結晶間の移動のプロセスにより抑制される拡散の情報を明らかにします。 この情報は、ペロブスカイトナノ結晶の特性を利用するアプリケーションにとって重要な役割を果たします。
 

SuperKレーザーとフィルターの利点

コリメーターホルダーを対象に取り付けて、SuperK EXTREME または SuperK FIANIUM のレーザー出力ファイバーを接続することで、さまざまなシステムにSuperKを導入できます。またSuperKシリーズは完全なモジュール式で、組込みや操作が容易です。全てのアクセサリモジュールを簡単に追加でき、プラグアンドプレイで使用できます。
 
アクセサリモジュールの一つであるSuperK VARIA チューナブル・スペクトルフィルターを取り付けると、SuperKレーザーを、強力な波長可変シングルラインレーザーとして使用できます。システムは、400〜840 nmの広い中心波長域をカバーし、バンド幅は10〜100 nm間で可変です。
 

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