半導体量子ドットの励起子制御による高効率光誘起電子移動反応系の構築

• Project/Area Number: 18685002
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 橘 泰宏 Osaka University, 大学院・工学研究科, 講師 (30359856)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥20,150,000 (Direct Cost: ¥15,500,000、Indirect Cost: ¥4,650,000); Fiscal Year 2007: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2006: ¥14,690,000 (Direct Cost: ¥11,300,000、Indirect Cost: ¥3,390,000)
• Keywords: 量子ドット / 光誘起電子移動 / 励起子 / 電子・エネルギー移動

Research Abstract

酸化チタン界面における励起子の生成と移動か関与した光誘起電子移動反応機構を解明するたゆに、伝導性有機物を酸化チタン表面に担持し、その光電荷分離状態並びに再結合反応速度に関する研究を行った。その結果、有機物と酸化チタンとの電子相互作用が強い場合には、表面の電荷による静電場の影響を受けるために有機物の酸化還元電位が広範囲に分散することを示唆するテータを得た。その場合に、電荷分離効率が99%以上の確率で進行することが分かった。一方、電荷再結合反応は他の色素吸着系と比べると速くなり、太陽電池へ応用するには不向きであることが分かった。
硫化カドミウム量子ドットの電子準位に関する情報を得るために、量子ドットの界面の制御による発光強度の変化と表面構造との関係を調べた。XPSを用いた詳細な観察の結果、発光強度の増加に伴い、Cd-OH結合が生成することが分かった。
硫化カドミウム量子ドット増感太陽電池において漏れ電流の性能に及ぼす影響について調べた。その結果、導電性ガラス基板との交換電流密度が高いレドックス電解質を用いると、短絡し、性能が大きく低下することが分かった。このため、電子ブロッキング層をスプレー法により作製すると、数十ナノメートル程度の厚さで漏れ電流が効果的に抑制されることを見出し、変換効率1%を達成するにいたった。一方、交換電流密度の低い電解質を用いると、電子プロッキング層の有無に関わらず、漏れ電流はほとんど抑制されることが分かった。このことから、電解質種によって電子ブロッキング層の必要性を比較することが可能となった。

Research Products

• [Journal Article] Photoinduced formation of polythiophene/TiO_2 nano-hybrid heterojunction films for solar cell applications (2008)
  • Author(s): Y. Otsuka, Y. Okamoto, H. Y. Akiyama, K. Umekita, *Y. Tachibana, S. Kuwabata
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C In press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inerfacial electron transfer mechanisms in bithiophene sensitized TiO_2 based solar cells (2008)
  • Author(s): Yasuhiro Tachibana, * Yasuhide Otsuka, Kazuya Umekita, Susumu Kuwabata
  • Journal Title: Trans. Material. Res. Soc.-J. In press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlling surface reactions of CdS nanocrystals; Photoluminescence activation, photoetching and photostability under light irradiation (2007)
  • Author(s): K. Sato, S. Kojima, S. Hattori, T. Chiba, K. Ueda-Sarson, T. Torimoto, Y. Tachibana, S. Kuwabata
  • Journal Title: Nanotechnology 18 Pages: 4657021-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CdS Quantum Dots Sensitized TiO_2 Sandwich Type Photoelectrochemical Solar Cells (2007)
  • Author(s): ^*Tachibana, Yasuhiro, Akiyama, Hitomi Y., Ohtsuka, Yasuhide, Torimoto, Tsukasa, Kuwabata, Susumu
  • Journal Title: Chemistry Letters 36・1 Pages: 88-89
  • NAID: 10018663189
• [Journal Article] Optical simulation of transmittance into a nanocrystalline anatase TiO_2 film for solar cell applications (2007)
  • Author(s): ^*Tachibana, Yasuhiro, Akiyama, Hitomi Y., Kuwabata, Susumu
  • Journal Title: Solar Energy Materials and Solar Cells 91・2-3 Pages: 201-206
• [Journal Article] Quantum dot sensitized semiconductors for solar energy conversion (2006)
  • Author(s): Akiyama, Hitomi Y., Torimoto, Tsukasa, ^*Tachibana, Yasuhiro, Kuwabata, Susumu
  • Journal Title: Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering 6340
• [Presentation] Controlling interfacial electron transfer reactions in a semiconductor quantum dots/metal oxide nanocrystalline electrode for photovoltaic applications (2008)
  • Author(s): Y. Tachibana(招待講演)
  • Organizer: IEEE International Nanoelectronics Conference (NEC 2008)
  • Place of Presentation: 上海/中国
  • Year and Date: 2008-03-25
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光電変換素子及びその製造方法、並びにその素子を用いた太陽電池 (2007)
  • Inventor(s): 橘 泰宏、桑細 進
  • Industrial Property Rights Holder: 大阪大学、大阪TLO
  • Industrial Property Number: 2007-128888
  • Filing Date: 2007-05-15