製品情報
有機EL・太陽電池デバイスの電気・光学特性測定器 Paios
有機EL・太陽電池デバイスの電気・光学特性を自動で測定できる測定器
Paiosは、たった1クリックで有機EL・太陽電池デバイスのインピーダンス分光やPhoto-CELIV、ダークインジェクション、IV特性など多岐にわたる実験を瞬時に実行します。一貫性のある詳細な測定データを取得し、結果をソフトウェア上で直接比較すれば、研究スピードを加速できます。
また、その他にも10種類以上の計測技術を備えています。
| 利用用途 | 有機EL、太陽電池(有機薄膜太陽電池、ペロブスカイト太陽電池) |
|---|---|
| 測定項目 | 電流電圧(輝度)特性、過渡光電流(TPC)、過渡光電圧(TPV)、Photo-CELIV、DIT(Dark Injection Transient)、CELIV(Dark-CELIV、Photo-CELIV、遅延時間-CELIV、注入-CELIV、MIS-CELIV)、インピーダンス分光、静電容量-電圧特性、過渡EL |
| 仕様 |
|
特長
コンパクト設計
高精度で高速、高分解能な測定ユニットがコンパクトなボックスに格納されています。
様々な素子レイアウトに対応
プローブ(探針)で測定サンプルにコンタクトします。プローブは移動可能ですので、様々な素子のレイアウトに対応可能です。 試料ホルダーのカスタマイズも承っています。
パラメータスイープ
１つまたは２つのパラメーターを変えながら、複数回測定が可能です。
スイープスライダーを使って簡単に測定データを確認することが可能です。
データ測定と比較
多くのデバイスのデータを体系的に保存することができ、各デバイスのデータをソフトウェア上で比較することが可能です。
ユーザ定義波形
Paiosシグナルエディターを使えば、独自の波形を定義して、過渡特性実験が可能です。
適用例
リリース時期：2026年5月
Characterization Suiteのバージョン4.5には以下の機能が追加されました。
- 光電子増倍管（Photomultiplier Tube, PMT）モジュールの追加
- ランプ駆動およびパルス駆動J–V–L特性、過渡EL、ユーザー定義実験に対応
- デフォルトのフォトダイオード（Photo diode, PHD）と比較して、ダイナミックレンジが拡大 （時間および信号分解能の向上）
- 拡張ボックスにより、PMTのゲート電圧制御とゲインの自動調整を実行
光電子増倍管モジュール（左）と
過渡エレクトロルミネッセンス減衰（TEL Decay）の比較（右）
- PLモードの追加
- LEDとフォトディテクターを組み合わせたセットアップ
- DC、AC、および時間領域に対するフォトルミネッセンスを測定可能
- MPLS（Modulated Photoluminescence Spectroscopy）測定より、有機ELにおける励起子クエンチングプロセスの解析や、ペロブスカイト材料の変調周波数依存性に基づいた物理現象（イオン拡散など）の特性時間の解析が可能
PLモードのイメージ図（左）と変調周波数ごとのPL強度の電圧依存性（右）
- 基本解析（Basic postprocessing）の拡張
- TPCの立ち上がりおよび減衰フィッティング
- TPV（Transient Photovoltage）の減衰フィッティング
- Injection-CELIVおよびMIS-CELIV用の移動度計算式の導入
TPV減衰（左）、TPC減衰（中央）のフィッティングとCELIV用移動度計算式（右）
- 測定タイプの追加
- BACE（Bias Assisted Charge Extraction）
- MPLS（Modulated Photoluminescence Spectroscopy ）
- 後処理算出量(測定後に自動算出され、グラフに表示できる量)の追加
- MELS（Modulated Electroluminescence Spectroscopy）から、VMELS（Voltage-MELS）、CMELS（Current-MELS）算出
- IMPS（Intensity Modulated Photocurrent Spectroscopy）から、小信号EQE 算出
- オフセット光やバイアス電圧を印加した状態でのTPC（Transient Photocurrent）測定からのEQE算出
- 白色LEDを用いたJ-V測定から、擬似的なエネルギー変換効率（PCE）を算出
- Multi-LEDモジュールを用いた光デバイスの分光感度 （Spectral Responsivity）の算出
- Paiosの機能追加・廃止
- Setfos-Paios統合モジュール（Setfos-Paios-Integration）の廃止
- AC測定時におけるLEDやフォトダイオードの信号の保存機能追加
- AC電圧振幅（AC Voltage Amplitude）、光変調振幅（AC Light Amplitude）のスイープ機能追加
- カスタマイズレポートへのエクスポート機能追加
- Paios の測定・制御に関するコード改善、バグ修正
- Phelos向けの調整
- 基本解析設定の保持
- UIによる形状因子（Form Factor）の定義方法改善
- 測定ライブラリに、基板法線方向（0°）のI-V-L測定を追加
- Litos向けの調整
- 中間測定（信頼性評価中の特性評価）データをまとめて表示できる機能を追加
- デバイスの安定条件下での中間測定開始
- 最短1秒間隔でのデータ保存
- 電源をオフにする前にペルチェ素子が自動的に室温へ戻る機能を追加
- 差動測定による電流測定時のノイズ除去
- 環境制御（Environment Control）モジュールの廃止
- コード改善、バグ修正
シングルエンド測定（赤線）と差動測定（青線）によるダークI-V特性
リリース時期：2022年4月
Characterization Suiteのバージョン4.4.1には以下の機能が追加されました。
- MPPトラッキング・ストレス試験モジュール（別売）の機能拡張
- 太陽電池デバイス向けに電気的ストレス試験としてMPP（最大電力点）トラッキングを追加
- 一連の測定の設定内容がログに記録
- 0 V、0 Aでのストレス試験時のバグ修正
- 2成分指数フィッティング（2-exponential fit）
- TEL寿命の基本解析（Basic Postprocessing）において、2つの指数関数を用いたフィッティングが可能
- TADF（熱活性化遅延蛍光）OLEDの高速蛍光寿命と遅延蛍光寿命の評価が可能
2成分指数フィッティング
- C-V（静電容量-電圧）特性からの電荷分布評価
- 自動後処理により、解析式を用いて静電容量-電圧測定値から電荷の厚さ方向分布 N(x)を算出
電荷の厚さ方向分布 N(x)
- 後処理算出量の追加
- J-V測定における有効電界（Electric field）
- J-V測定における逆飽和電流（Reverse Saturation Current）
- インピーダンス測定における有効膜厚（Effective thickness）
- Litos測定・制御に関する改良・バグ修正
- その他
- 校正データのインポート/エクスポート機能追加
- エクスポートデータと主要結果の表示桁数の増加
リリース時期：2021年7月
Characterization Suiteのバージョン4.4には以下の機能が追加されました。
- Litos データの一括エクスポート
- Litos で取得したすべてのデータをワンクリックでエクスポート
- 対応フォーマット：CSV / JSON / Flux形式
- Flux DataはHDF5ベースのファイル形式で、Pythonライブラリ「pyFluxim」を用いてインポート・解析が可能
- Litosの電圧・電流レンジの拡張
- 対応電圧範囲：−10 V ～ +10 V に拡張
- 測定可能電流：最大 60 mA
- Litos への分光器統合
- 分光器モジュール（別売）を用いることで以下の分光測定が可能
- OLED（有機EL） / PLED（高分子有機EL） のエレクトロルミネセンス（EL）スペクトル
- 太陽電池および薄膜の透過スペクトル
- 薄膜発光材料のフォトルミネセンス（PL） スペクトル
- Litos内蔵LEDのスペクトル
- 分光器モジュール（別売）を用いることで以下の分光測定が可能
- Litos の測定・制御に関するバグ修正
リリース時期：2021年2月
全体
Characterization Suiteのバージョン4.3.1には以下の機能が追加されました。
- 双極子配向フィッティング（Dipole Orientation Fit）
- 角度依存フォトルミネセンス（Angular PL）の測定データから、Setfosを介さずに基本解析（Basic postprocessing）で双極子の配向を決定
- J-V特性解析機能の拡張
- J-V（電流密度-電圧）特性の基本解析（Basic postprocessing）に対して、1ダイオードモデルおよび2ダイオードモデルを用いたフィッティングを追加
- 電気化学デバイスへの対応
- 薄膜バッテリー（thin-film battery）をはじめとする電気化学デバイス対して以下の特性評価を行う機能を追加
- サイクリックボルタンメトリー
- 電気化学インピーダンス
- 充放電サイクル試験
- 薄膜バッテリー（thin-film battery）をはじめとする電気化学デバイス対して以下の特性評価を行う機能を追加
- 有機EL向けLitosへの対応
- Litos-Paios統合が可能
- 各種修正
- クライオスタットの初期化に関する問題の修正
- セットアップタイプの初期化に関する問題の修正
- ナノ秒パルスモジュールの安定性向上
リリース時期：2020年5月
Characterization Suiteのバージョン4.3には以下の機能が追加されました。
- ナノ秒パルス（Nanosecond Pulser）モジュールの追加
- 5 ns～20 μsの光パルス用LEDとバイアス照明をAutomated Measurement Table（自動測定テーブル）に追加
- 非平衡（non‑equilibrium）条件下でのTPC、TPV、CELIV測定が可能
- 赤色 LED（635 nm）またはUV LED（385 nm）を使用
バイアス照明の強度を変化させたns-TPC測定の設定画面
- LitosとPaiosの統合
- Litosのチャンバー内の白色LEDをPaiosで制御
- Litos内のすべての素子（Pixel）に対してPaiosの各種測定を実行
- Litosのストレス試験ルーチンの中にPaiosの測定ルーチンを組み込み可能
Paios測定を組み込んだLitosストレス試験ルーチン
Litos–Paios 統合機能により、Paios の測定グループおよびデバイスが自動生成
- 電圧フォロワ (Voltage follower)機能追加
- 測定抵抗を1MΩから 1 TΩ に引き上げ、Paios本体側の抵抗成分による影響を最小化
- ハードウェア初期化の高速化
- 接続機器の初回スキャンデータを保存することで、起動時間を短縮
- PhelosおよびPaios自動測定テーブルで使用される回転ステージ（Thorlabsステージ）のファームウェア・アップデート
- Phelos向けの調整
- 回転ステージ用PIDコントローラー設定の改善
- 双極子配向フィッティング用のSetfos-Phelos Integrationテンプレートの改善
その他多くの機能の追加と改良を行いました。
リリース時期：2019年9月
概要
Fluxim Characterization Suiteのバージョン4.2には以下の機能が導入されています。
- Automated Measurement Table（自動測定テーブル）用の新しいMulti-LED拡張
- Key ResultsとExport機能の改良
- Setfos Integration モジュールにおけるionic drift-diffusionソルバーの統合
- Setfos Integrationモジュールによるパラメータフィッティング向けの新しいアルゴリズムsimulated annealing
- Phelosデータに対する、EQEとlm/Wの後処理
その他多くの機能の追加と改良を行いました。
Multi-LEDモジュール
- DC/AC/過渡実験に使用できる15個の単色LEDをAutomated Measurement Table（自動測定テーブル）に追加します。
- スペクトロメーターを使えば、LEDの強度を絶対的に較正でき、太陽電池の外部量子効率を計算することができます。
- 波長は、300〜1600nmの範囲でカスタマイズできます。
異なる波長のLEDを使用することで、吸収特性や吸収する層に影響を与えることができ、（例えば赤外）有機フォトディテクタやペロブスカイトフォトディテクタを調べることができます。
Multi-LEDモジュールはAutomated Measurement Table向けの拡張で、OLED用、スペクトルモジュール、全ての温度モジュールとも互換性があります。
Multi-LEDモジュールを使うことで様々な太陽電池のEQEを調べることができます。
- SetfosをCharacterization Suiteと統合させることで、PaiosとPhelosで行える実験をシミュレーションできます。
Setfosの光学モデルとDrift-diffusionモデル（の両方もしくは一方）を測定データにフィッティングすることでパラメータ抽出が可能になります。 - ”Simulated Annealing”というフィッティングアルゴリズムをSetfos Integration機能群に追加しました。
初期パラメータへの依存性がより少ないため、グローバルフィッティングに有益です。 - インピーダンス分光、IMPS(intensity-modulated photocurrent spectroscopy)、IMVS(intensity-modulated photovoltage spectroscopy)の実験を過渡ステップ応答シミュレーションから計算することが可能です。
可動イオンを含むペロブスカイト太陽電池もしくは電気化学発光セルのACモデリングが可能になります。
※ペロブスカイト太陽電池の測定とモデリングに関する最新の論文はこちらで見ることができます。
この変調実験における可動イオンの影響は、Characterization Suite4.2のSetfos Integrationを使って簡単に調べることができます。
Characterization Suite リリース情報
※Characterization Suite は Paios・Phelos・Litosの測定・制御ソフトウエアです。
リリース時期：2026年5月
Characterization Suiteのバージョン4.5には以下の機能が追加されました。
- 光電子増倍管（Photomultiplier Tube, PMT）モジュールの追加
- ランプ駆動およびパルス駆動J–V–L特性、過渡EL、ユーザー定義実験に対応
- デフォルトのフォトダイオード（Photo diode, PHD）と比較して、ダイナミックレンジが拡大 （時間および信号分解能の向上）
- 拡張ボックスにより、PMTのゲート電圧制御とゲインの自動調整を実行
光電子増倍管モジュール（左）と
過渡エレクトロルミネッセンス減衰（TEL Decay）の比較（右）
- PLモードの追加
- LEDとフォトディテクターを組み合わせたセットアップ
- DC、AC、および時間領域に対するフォトルミネッセンスを測定可能
- MPLS（Modulated Photoluminescence Spectroscopy）測定より、有機ELにおける励起子クエンチングプロセスの解析や、ペロブスカイト材料の変調周波数依存性に基づいた物理現象（イオン拡散など）の特性時間の解析が可能
PLモードのイメージ図（左）と変調周波数ごとのPL強度の電圧依存性（右）
- 基本解析（Basic postprocessing）の拡張
- TPCの立ち上がりおよび減衰フィッティング
- TPV（Transient Photovoltage）の減衰フィッティング
- Injection-CELIVおよびMIS-CELIV用の移動度計算式の導入
TPV減衰（左）、TPC減衰（中央）のフィッティングとCELIV用移動度計算式（右）
- 測定タイプの追加
- BACE（Bias Assisted Charge Extraction）
- MPLS（Modulated Photoluminescence Spectroscopy ）
- 後処理算出量(測定後に自動算出され、グラフに表示できる量)の追加
- MELS（Modulated Electroluminescence Spectroscopy）から、VMELS（Voltage-MELS）、CMELS（Current-MELS）算出
- IMPS（Intensity Modulated Photocurrent Spectroscopy）から、小信号EQE 算出
- オフセット光やバイアス電圧を印加した状態でのTPC（Transient Photocurrent）測定からのEQE算出
- 白色LEDを用いたJ-V測定から、擬似的なエネルギー変換効率（PCE）を算出
- Multi-LEDモジュールを用いた光デバイスの分光感度 （Spectral Responsivity）の算出
- Paiosの機能追加・廃止
- Setfos-Paios統合モジュール（Setfos-Paios-Integration）の廃止
- AC測定時におけるLEDやフォトダイオードの信号の保存機能追加
- AC電圧振幅（AC Voltage Amplitude）、光変調振幅（AC Light Amplitude）のスイープ機能追加
- カスタマイズレポートへのエクスポート機能追加
- Paios の測定・制御に関するコード改善、バグ修正
- Phelos向けの調整
- 基本解析設定の保持
- UIによる形状因子（Form Factor）の定義方法改善
- 測定ライブラリに、基板法線方向（0°）のI-V-L測定を追加
- Litos向けの調整
- 中間測定（信頼性評価中の特性評価）データをまとめて表示できる機能を追加
- デバイスの安定条件下での中間測定開始
- 最短1秒間隔でのデータ保存
- 電源をオフにする前にペルチェ素子が自動的に室温へ戻る機能を追加
- 差動測定による電流測定時のノイズ除去
- 環境制御（Environment Control）モジュールの廃止
- コード改善、バグ修正
リリース時期：2022年4月
Characterization Suiteのバージョン4.4.1には以下の機能が追加されました。
- MPPトラッキング・ストレス試験モジュール（別売）の機能拡張
- 太陽電池デバイス向けに電気的ストレス試験としてMPP（最大電力点）トラッキングを追加
- 一連の測定の設定内容がログに記録
- 0 V、0 Aでのストレス試験時のバグ修正
- 2成分指数フィッティング（2-exponential fit）
- TEL寿命の基本解析（Basic Postprocessing）において、2つの指数関数を用いたフィッティングが可能
- TADF（熱活性化遅延蛍光）OLEDの高速蛍光寿命と遅延蛍光寿命の評価が可能
2成分指数フィッティング
- C-V（静電容量-電圧）特性からの電荷分布評価
- 自動後処理により、解析式を用いて静電容量-電圧測定値から電荷の厚さ方向分布 N(x)を算出
電荷の厚さ方向分布 N(x)
- 後処理算出量の追加
- J-V測定における有効電界（Electric field）
- J-V測定における逆飽和電流（Reverse Saturation Current）
- インピーダンス測定における有効膜厚（Effective thickness）
- Litos測定・制御に関する改良・バグ修正
- その他
- 校正データのインポート/エクスポート機能追加
- エクスポートデータと主要結果の表示桁数の増加
リリース時期：2021年7月
Characterization Suiteのバージョン4.4には以下の機能が追加されました。
- Litos データの一括エクスポート
- Litos で取得したすべてのデータをワンクリックでエクスポート
- 対応フォーマット：CSV / JSON / Flux形式
- Flux DataはHDF5ベースのファイル形式で、Pythonライブラリ「pyFluxim」を用いてインポート・解析が可能
- Litosの電圧・電流レンジの拡張
- 対応電圧範囲：−10 V ～ +10 V に拡張
- 測定可能電流：最大 60 mA
- Litos への分光器統合
- 分光器モジュール（別売）を用いることで以下の分光測定が可能
- OLED（有機EL） / PLED（高分子有機EL） のエレクトロルミネセンス（EL）スペクトル
- 太陽電池および薄膜の透過スペクトル
- 薄膜発光材料のフォトルミネセンス（PL） スペクトル
- Litos内蔵LEDのスペクトル
- 分光器モジュール（別売）を用いることで以下の分光測定が可能
- Litos の測定・制御に関するバグ修正
リリース時期：2021年2月
全体
Characterization Suiteのバージョン4.3.1には以下の機能が追加されました。
- 双極子配向フィッティング（Dipole Orientation Fit）
- 角度依存フォトルミネセンス（Angular PL）の測定データから、Setfosを介さずに基本解析（Basic postprocessing）で双極子の配向を決定
- J-V特性解析機能の拡張
- J-V（電流密度-電圧）特性の基本解析（Basic postprocessing）に対して、1ダイオードモデルおよび2ダイオードモデルを用いたフィッティングを追加
- 電気化学デバイスへの対応
- 薄膜バッテリー（thin-film battery）をはじめとする電気化学デバイス対して以下の特性評価を行う機能を追加
- サイクリックボルタンメトリー
- 電気化学インピーダンス
- 充放電サイクル試験
- 薄膜バッテリー（thin-film battery）をはじめとする電気化学デバイス対して以下の特性評価を行う機能を追加
- 有機EL向けLitosへの対応
- Litos-Paios統合が可能
- 各種修正
- クライオスタットの初期化に関する問題の修正
- セットアップタイプの初期化に関する問題の修正
- ナノ秒パルスモジュールの安定性向上
リリース時期：2020年5月
Characterization Suiteのバージョン4.3には以下の機能が追加されました。
- ナノ秒パルス（Nanosecond Pulser）モジュールの追加
- 5 ns～20 μsの光パルス用LEDとバイアス照明をAutomated Measurement Table（自動測定テーブル）に追加
- 非平衡（non‑equilibrium）条件下でのTPC、TPV、CELIV測定が可能
- 赤色 LED（635 nm）またはUV LED（385 nm）を使用
バイアス照明の強度を変化させたns-TPC測定の設定画面
- LitosとPaiosの統合
- Litosのチャンバー内の白色LEDをPaiosで制御
- Litos内のすべての素子（Pixel）に対してPaiosの各種測定を実行
- Litosのストレス試験ルーチンの中にPaiosの測定ルーチンを組み込み可能
Paios測定を組み込んだLitosストレス試験ルーチン
Litos–Paios 統合機能により、Paios の測定グループおよびデバイスが自動生成
- 電圧フォロワ (Voltage follower)機能追加
- 測定抵抗を1MΩから 1 TΩ に引き上げ、Paios本体側の抵抗成分による影響を最小化
- ハードウェア初期化の高速化
- 接続機器の初回スキャンデータを保存することで、起動時間を短縮
- PhelosおよびPaios自動測定テーブルで使用される回転ステージ（Thorlabsステージ）のファームウェア・アップデート
- Phelos向けの調整
- 回転ステージ用PIDコントローラー設定の改善
- 双極子配向フィッティング用のSetfos-Phelos Integrationテンプレートの改善
その他多くの機能の追加と改良を行いました。
リリース時期：2019年9月
概要
Fluxim Characterization Suiteのバージョン4.2には以下の機能が導入されています。
- Automated Measurement Table（自動測定テーブル）用の新しいMulti-LED拡張
- Key ResultsとExport機能の改良
- Setfos Integration モジュールにおけるionic drift-diffusionソルバーの統合
- Setfos Integrationモジュールによるパラメータフィッティング向けの新しいアルゴリズムsimulated annealing
- Phelosデータに対する、EQEとlm/Wの後処理
その他多くの機能の追加と改良を行いました。
Multi-LEDモジュール
- DC/AC/過渡実験に使用できる15個の単色LEDをAutomated Measurement Table（自動測定テーブル）に追加します。
- スペクトロメーターを使えば、LEDの強度を絶対的に較正でき、太陽電池の外部量子効率を計算することができます。
- 波長は、300〜1600nmの範囲でカスタマイズできます。
異なる波長のLEDを使用することで、吸収特性や吸収する層に影響を与えることができ、（例えば赤外）有機フォトディテクタやペロブスカイトフォトディテクタを調べることができます。
Multi-LEDモジュールはAutomated Measurement Table向けの拡張で、OLED用、スペクトルモジュール、全ての温度モジュールとも互換性があります。
Multi-LEDモジュールを使うことで様々な太陽電池のEQEを調べることができます。
- SetfosをCharacterization Suiteと統合させることで、PaiosとPhelosで行える実験をシミュレーションできます。
Setfosの光学モデルとDrift-diffusionモデル（の両方もしくは一方）を測定データにフィッティングすることでパラメータ抽出が可能になります。 - ”Simulated Annealing”というフィッティングアルゴリズムをSetfos Integration機能群に追加しました。
初期パラメータへの依存性がより少ないため、グローバルフィッティングに有益です。 - インピーダンス分光、IMPS(intensity-modulated photocurrent spectroscopy)、IMVS(intensity-modulated photovoltage spectroscopy)の実験を過渡ステップ応答シミュレーションから計算することが可能です。
可動イオンを含むペロブスカイト太陽電池もしくは電気化学発光セルのACモデリングが可能になります。
※ペロブスカイト太陽電池の測定とモデリングに関する最新の論文はこちらで見ることができます。
この変調実験における可動イオンの影響は、Characterization Suite4.2のSetfos Integrationを使って簡単に調べることができます。