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高効率ホール輸送層を備えた有機―無機ハイブリッド太陽電池の開発

Research Project

Project/Area Number 12F02379
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Composite materials/Physical properties
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

宮内 雅浩  東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (60443230)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) SRINIVASAN Nagarajan  東京工業大学, 理工学研究科, 外国人特別研究員
SRINIVASAN Nagarajan  東京工業大学, 大学院理工学研究科(工学系), 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2014: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
KeywordsPEDOT / 量子ドット / 酸化チタン / 太陽電池 / 光触媒 / 人工光合成 / 多孔質 / 電極 / PDOT / CdS / CdSe / 有機・無機ハイブリッド / ホール輸送層
Outline of Annual Research Achievements

本研究ではデバイス構造として、透明導電膜の上に多孔質TiO2層があり、TiO2表面に硫化物量子ドットが担持され、更に量子ドットの表面にホール輸送相となるPEDOTをコートした電極を考案し、高耐久で優れた光電変換素子と水分解光触媒を開発した。
量子ドットの合成は、Successive Ionic Layred Absorption and Reaction (SILAR)法を用い、CdSないしCdSe量子ドットを多孔質酸化チタンの表面に担持した。SILAR法の回数によって量子ドットのサイズを制御することができ、それらの光学的バンドギャップが粒子サイズに依存する量子効果が確認できた。最も高い光電流特性を示した量子ドットのバンドギャップは、CdSが2.4 eV, CdSeが1.7 eVを示し、バルクのバンドギャップよりも若干大きな値を示した。また、量子ドットのコートの順序はTiO2上にCdSを担持し、さらにその上にCdSeをコートしたサンプルが高い光電変換特性を示した。CdSよりもCdSeの方が伝導帯の電位が高いため、TiO2/CdS/CdSeの順に積むことでTiO2への電子注入がスムーズに進行したものと考えられる。一方、PEDOTは電気化学パルス法によって成膜したが、パルス回数によってPEDOTの厚さを制御することができた。光電流に対する最適なPEDOTの厚さが存在し、パルス回数が6回、すなわち、PEDOTの厚さが5nm程度のサンプルが高い光電変換特性を示した。これらの電極を犠牲剤が含まれる電解液内で、かつ、無バイアス条件下で可視光を照射し、水素生成特性を評価した。この結果、優れた水分解特性が得られ、水素生成速度は光照射の単位面積あたり370 (umol/cm2/hour)、量子効率は6.9 %と量子ドット系では世界最高レベルに近い値を示した。また、PEDOTのコートによって耐久性が劇的に改善され、触媒量に対する水素生成量、すなわち、ターンオーバー数も2210を超え、優れた長期的安定性が確認できた。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2015 2014

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results)

  • [Journal Article] Photocatalytic Carbon Dioxide Reduction by Copper Oxide Nanocluster-Grafted Niobate Nanosheets2015

    • Author(s)
      Ge Yin, Masami Nishikawa, Yoshio Nosaka, Nagarajan Srinivasan, Daiki Atarashi, Etsuo Sakai, Masahiro Miyauchi
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 9 Issue: 2 Pages: 2111-2119

    • DOI

      10.1021/nn507429e

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] PEDOT pretected metal chalcogenides for hydrogen production under visible light irradiation2014

    • Author(s)
      Nagarajan Srinivasan, Daiki Atarashi, Etsuo Sakai, Masahiro Miyauchi
    • Organizer
      第21回シンポジウム光触媒反応の最近の展開
    • Place of Presentation
      東京、東京大学
    • Year and Date
      2014-12-12
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Photocatalytic CaFe2O4/BiVO4 hetrojunction electrode for over all water splitting under visible light irradiation2014

    • Author(s)
      Nagarajan Srinivasan, Daiki Atarashi, Etsuo Sakai, Masahiro Miyauchi
    • Organizer
      The IUMRS International Conference in Asia 2014
    • Place of Presentation
      福岡、福岡大学
    • Year and Date
      2014-08-24 – 2014-08-30
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] PEDOT Protected Quantum dots: a Newly Designed Artificial Leaf for Visible Light Driven Hydrogen Production2014

    • Author(s)
      Nagarajan Srinivasan, Daiki Atarashi, Etsuo Sakai, Masahiro Miyauchi
    • Organizer
      20th International Conference on Conversion and Storage of Solar Energy
    • Place of Presentation
      ドイツ、ベルリン、Maritim hotel
    • Year and Date
      2014-07-27 – 2014-08-01
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Stable quantum dots/PEDOT hybrid artificial leaf for hydrogen production under visible light illumination2014

    • Author(s)
      S. Nagarajan, M. Miyauchi
    • Organizer
      電気化学会第81回大会
    • Place of Presentation
      関西大学
    • Year and Date
      2014-03-31
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

URL: 

Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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