天游线路检测中心 筑波大学数学与材料系丸本实验室
丸本一宏
筑波大学数学与材料系副教授博士（科学）
1968 年出生。1992年毕业于北海道大学理学院。1997年 大阪大学大学院理学研究科博士课程结业（理学博士）。在名古屋大学研究生院担任助理后，自 2006 年起担任筑波大学数学与材料科学研究生院副教授。2013年起，兼任国立材料科学研究所光伏材料研究所客座研究员、产业技术综合研究所光伏工程研究中心客座研究员。
世界上第一个有机电子器件降解机制的原位评估
筑波大学数学与材料系副教授 Kazuhiro Marumoto 是使用有机半导体的有机电子器件的开发、表征和物理性质研究方面的领先专家。在我们的研究过程中，我们开发了一种方法来识别使用有机电子器件时性能下降的原因。预计耐用性将大大提高。
寄予厚望的有机太阳能电池
半导体可以通过简单地用打印机打印或涂漆和干燥来制造。有机半导体作为下一代半导体而备受期待。 1977年，获得诺贝尔化学奖的白川英树博士和他的同事证明了有机材料的导电性。从那时起已经过去了近40年，研究取得了长足的进步，我们开始看到各种有机电子器件的实际应用。
其中之一是有机太阳能电池。由于其结构的原因，目前主流的硅基太阳能电池的厚度无法做到100微米以下，但有机半导体可以做得极薄，可达数百纳米。它可以像保鲜膜一样自由弯曲和粘贴，诸如粘贴在汽车车窗上并在行驶时发电等应用被寄予厚望。然而，一个大问题阻碍了这一进程。很早就有报道称，随着有机太阳能电池持续发电，其发电量突然下降。据推测，问题的原因是器件中某处的电荷积累（电荷陷阱），但原因从未确定。
创新测量来证明您的假设
配备ESR设备的工程大楼
丸本副教授是取得突破性进展的人。在研究有机太阳能电池中使用的导电聚合物的特性时，他发现电荷陷阱往往发生在材料的末端。此外，我们在世界上首次使用 ESR（电子自旋共振）来测量当电流通过太阳能电池等电子设备时，电荷被捕获在材料表面之间的界面处。这是我的假设被证实为事实的时刻。
思维转变引领 ESR 的新角色
支持这一发现的 ESR 是一种评估材料的设备。 NMR 测量的是当磁场应用于核自旋时发生的无线电波吸收，而 ESR 测量的是当磁场应用于电子自旋时发生的微波吸收。当电子在一个键轨道内配对时不会发生微波吸收，但微波吸收发生在具有不成对电子（不成对电子）的分子中，例如自由基。换句话说，ESR可以说是一种专门用于测量自由基的装置。
通常，在化学中，分子内的键断裂时产生的具有不成对电子的分子称为自由基，但电子器件意义上的自由基并不是键断裂时形成的。当电流引入额外电荷时，它会在整个分子中共享，而不是集中在一个键上。由于生成的 ESR 信号根据多余电荷的位置和数量而有所不同，因此可以测量存在电荷的位置和数量。
我们使用两台 JEOL ESR 设备 JES-FA200
ESR本身并不是一项新技术；具有70年材料定量测量历史。然而，丸本副教授是第一个使用它来测量有机电子器件性能的人。当谈到测量电子设备的性能时，很自然地要测量流过的电流量，但 ESR 无法测量流过的电荷量。然而，丸本副教授认为，“如果你不能测量流动的东西，那么你应该测量不流动的东西。”这是一个完全倒退的想法。因此，ESR 被赋予了电子设备测量装置的新角色。丸本副教授此次使用的 JEOL ESR 具有较宽的光照射窗口，易于吸收外部光，非常适合太阳能电池等利用光发电的测量设备。
设备开发的革命性一步
丸本副教授开发的电荷测量方法已经开始对行业产生重大影响。现在可以在设备元件创建的初始阶段进行性能评估，从而可以在早期阶段选择高度耐用的元件。预计这将加速开发和改进，丸本实验室目前收到了大量来自公司的指导请求和联合研究提议。丸本副教授说：“如果你想知道某种材料是由什么制成的，你可以使用NMR，但只有ESR才能告诉你它作为导电器件的性能如何。我不仅希望看到有机电子器件，而且希望看到使用ESR的各种电子器件。”他表达了他对ESR的期望。捕获不流动电荷的微观眼睛。这种“独特视角”即将彻底改变电子设备的研发。