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ESRにESRによるよる高効率有機太陽電池の高効率有機太陽電池の評価と素子評価と素子特性向上特性向上
ESRESRにによるよる高効率有機太陽電池の高効率有機太陽電池の評価と素子評価と素子特性向上特性向上
筑波大数物、筑波大学学際センター
丸本一弘
数理物質融合科学センター(CiRfSE)第1回ワークショップ、筑波大学、
つくば、2015年3月5日
Outline
1. Electron spin resonance (ESR)
New analytical method of organic solar cells
2. ESR study of organic solar cells
Direct observation of charge accumulation
during device operation
1) P3HT:PC61BM blend films
Power conversion efficiency 3.5%
2) PTB7:PC71BM blend films
High power conversion efficiency 8.5%
Light-induced ESR and performance of devices
⇒analyze the internal states of solar cells
Intrinsic deterioration mechanism
3. Summary
Why ESR is useful for organic devices?
Traditional research methods for organic devices
• Electrical measurements (current, voltage,…)
• Scanning microscopes (AFM, STM,…), etc.
cannot directly observe internal states in organic devices.
Understanding of device operation
Improvement of device performance
Advantages of ESR for organic devices:
• In situ direct observation of internal states in organic devices
• High sensitive and high precision analysis at molecular level
~1010 spins are enough for ESR measurement
• Quantitative measurements of charges with spins in devices
First ESR application to organic devices was reported in 2004
J. Phys. Soc. Jpn. 7 (2004) 1673.
Principal of ESR and system
High sensitive and precision analytical method
Evaluation of organic devices at the molecular level
Principle of ESR ESR system
Electron energy in magnetic field H
Microwave
Spin Hamiltonian:
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