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高速光熱変換分光法によるナノ半導体材料評価法の研究

Research Project

Project/Area Number 14750645
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field 工業分析化学
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

沈 青  電気通信大学, 電気通信学部, 助手 (50282926)

Project Period (FY) 2002 – 2004
Project Status Completed (Fiscal Year 2004)
Budget Amount *help
¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
Fiscal Year 2004: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2003: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2002: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Keywords半導体ナノ材料 / TiO_2ナノ粒子 / CdSe量子ドット / キャリアのダイナミックス / 光熱変換分光法 / 過渡回折格子法 / 色素増感太陽電池 / TiO_2ナノチューブ / 光音響(PA)法 / 光化学電流(PEC)法 / 過渡光電流法 / 色素増感型太陽電池 / CdSナノ粒子 / CdSeナノ粒子 / 光音響スペクトル / 光電流スペクトル / 過渡光電流 / 分光増感
Research Abstract

近年、色素吸着したポーラスナノ構造を有するTiO_2太陽電池の研究が注目されている。しかし、ナノ構造TiO_2電極内での電子移動や、増感剤からTiO_2への電子・エネルギー移動などのメカニズムはまだ十分にわかっていないのは現状である。また、色素増感TiO_2太陽電池の変換効率をさらに向上させるために、新しい増感剤と新規なナノ構造電極の開発は重要である。そこで、今年度の一つの研究内容として以下のような研究を行った。まず、自己組織化によるナノチューブとナノワイヤを有する新規なナノ構造のTiO_2電極の作製を試みた。すでに確実にTiO_2ナノチューブとナノワイヤを作製できる条件を見つけた。TEM観察よりナノチューブとナノワイヤ、また、XRDと電子回折よりアナターセ型TiO_2であることが確認できた。次に、従来の色素の代わりに、CdSe半導体量子ドットを増感剤として吸着し、光音響法による光吸収および光化学電流の測定を行った。CdSe量子ドットによる分光増感が確認され、TiO_2電極の厚さの増加とともにIPCE(光電流変換量子効率)の値が大きくなることを見出した。TiO_2電極の厚さは約3μmの場合では、CdSe量子ドットの分光増感によって可視光領域でIPCEの値が最高45%になることを発見した。このIPCE値は従来のナノ粒子で作製したTiO_2電極(CdSe量子ドットの分光増感)で得られた値(最高35%)より大きいことが分かった。さらに、フェムト秒過渡回折格子法(東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻・澤田研究室と共同研究)を用いて、CdSe量子ドット吸着したTiO_2電極における無輻射遷移過程を測定したところ、3つの高速緩和過程が存在することを見出した。2psの速い応答はCdSe量子ドット内で励起されたホールが界面準位にトラップされることに対応し、数10psの応答は励起電子の再結合やTiO_2への移動プロセスに対応すると考えられる。さらに、nsオーダーに見られる応答は熱拡散プロセスに対応すると考えられる。量子ドットにおける光励起電子とホールの緩和プロセスを分離して測定できたのは、本研究のユニークな特色である。さらに、サイズの小さいCdSe量子ドットから電子がより速くTiO_2へ移動することを発見した。

Report

(3 results)
  • 2004 Annual Research Report
  • 2003 Annual Research Report
  • 2002 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2005 2004 2003 2002 Other

All Journal Article (12 results) Publications (10 results)

  • [Journal Article] Study of ultrafast carrier dynamics of nanostructured TiO_2 films with and without CdSe quantum dot deposition using lens-free heterodyne detection transient detection transient grating technique2005

    • Author(s)
      沈 青
    • Journal Title

      Thin Solid Films (In press)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Photoacoustic and photoelectrochemical characterization of CdSe-sensitized TiO_2 electrodes composed of nanotubes and nanowires2005

    • Author(s)
      沈 青
    • Journal Title

      Thin Solid Films (In press)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] The influence of chemical post-etching and UV irradiation on the optical absorption and thermal diffusivity of porous silicon studied by photoacoustic technique2005

    • Author(s)
      沈 青
    • Journal Title

      Thin Solid Films (In press)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Photoacoustic and Photoelectrochemical Characterization of CdSe Quantum Dots Grafted onto Fluorine-doped Tin Oxide (FTO) Substrate2005

    • Author(s)
      豊田 太郎
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 44(In press)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] The Effect of Ultraviolet Irradiation on the Photothermal, Photolumionescence and Photoluminescence Excitation Spectra of Mn-doped ZnS Nanoparticles2005

    • Author(s)
      Almira Briones Cruz
    • Journal Title

      Thin Solid Films (In press)

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Characterization of nanostructured TiO_2 electrodes sensitized with CdSe quantum dots using photoacounstic and photoelectrochemical current methods2004

    • Author(s)
      沈 青
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 43

      Pages: 2946-2951

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Photosensitization of nanostructured TiO_2 with CdSe quantum dots: Effects of microstructure and electron transport in TiO_2 substrates2004

    • Author(s)
      沈 青
    • Journal Title

      Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry 164

      Pages: 75-80

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Dependence of thermal conductivity of porous silicon on porosity characterized by photoacoustic technique2003

    • Author(s)
      沈 青
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments 74

      Pages: 601-603

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Study of optical absorption and electron transport in nanoporous nanocrystalline TiO_2 films2003

    • Author(s)
      沈 青
    • Journal Title

      Thin Solid Films 438-439

      Pages: 167-170

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Photoacoustic and photoelectrochemical current response of nanostructured TiO_2 electrodes2003

    • Author(s)
      豊田 太郎
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 42

      Pages: 3036-3040

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Photoacoustic and photoelectrochemical current spectra of highly porous, polycrystalline TiO_2 films fabricated with different applied voltage treatment2002

    • Author(s)
      豊田 太郎
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 41

      Pages: 3367-3370

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Photoacoustic and photoluminescence spectra of ZnS:Mn nanocrystals2002

    • Author(s)
      豊田 太郎
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics 41

      Pages: 3383-3386

    • Related Report
      2004 Annual Research Report
  • [Publications] 沈 青: "Study of Optical Absorption and electron transport in nanoporous nano crystalline TiO_2 films"Thin Solid Films. 438-439. 167-170 (2003)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 沈 青: "Dependence of thermal conductivity of porous silicon on porosity characterized by photoacoustic technique"Rev.Sci.Instrum.. 74. 601-603 (2003)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 沈 青: "Characterization of Nanostructured TiO_2 Electrodes Sensitized With CdSe Quantum Dots Using Photoacoustic and Photoelectro chemical Current Methods"Jpn.J.Appl.Phys.. 43(in press). (2004)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 沈 青: "Photosensitization of Nanostructured TiO_2 with CdSe Quantum Dots : Effects of microstructure and Electron Transport in TiO_2 sussorates"J.Photochem.Photobiol.A.Chem. (in press). (2004)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 豊田太郎: "Photoacoustic and Photoelectrochemical Current response of Nanostructured TiO_2 Electrodes"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 3036-3040 (2003)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 豊田太郎: "Exposure Time Dependence of the Photoacoustic and Photoluminescence Intensities of Porous Silycon with Different warelength of Excitation Light"Rev.Sci.Instrum.. 74. 869-871 (2003)

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      2003 Annual Research Report
  • [Publications] 沈 青: "Dependence of thermal conductivity of porous silicon on porosity characterized by photoacustic technique"Review of Scientific Instruments. 74巻. 601-603 (2002)

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      2002 Annual Research Report
  • [Publications] 沈 青: "Study of optical absorption and electron transport in nanoporous nanocristalline TiO_2 films"Thin Solid Films. (in press).

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      2002 Annual Research Report
  • [Publications] 豊田太郎: "Photoacoustic and photo luminescence spectra of ZuS : Mn Nano-cyrstals"Japanese Journal of Applied Physics. 41巻. 3383-3386 (2002)

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      2002 Annual Research Report
  • [Publications] 豊田太郎: "Photoacoustic and photo electrochemical current spectra of highly porous, poly crystalline TiO_2 Films fabricated with different applied voltage Heatment"Japanese Journal of Applied physics. 41巻. 3367-3370 (2002)

    • Related Report
      2002 Annual Research Report

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Published: 2002-04-01   Modified: 2016-04-21  

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