高配向CNT結晶膜で明らかにするCNT-Siヘテロ接合太陽電池の発電メカニズム
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21K04141
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | Asahikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
中村 基訓 旭川工業高等専門学校, システム制御情報工学科, 教授 (50435963)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | カーボンナノチューブ / CNT-Si太陽電池 / CNT配向膜 / 太陽電池 / 配向膜 |
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| Outline of Research at the Start |
カーボンナノチューブ（CNT）は，その一次元的構造から電気的に高い特性を有し，Siをはるかに凌駕する半導体材料として期待されている．しかし，これらの単一CNTにおける優れた特徴は，薄膜のような集合体を形成すると，そのポテンシャルを十分に発揮できない．本研究では，よく制御された真空ろ過法により，従来法では得ることができなかった高配向・高密度な『CNT結晶膜』を安定して作製できる条件を確立する．このCNT結晶膜をCNT-Si太陽電池に応用することで，CNT膜がCNT-Si太陽電池の変換効率に与える影響を系統的に検証し，光吸収率を制御して発電プロセスにおけるCNT膜の役割を解明することを目的とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，高い配向を持ったCNT膜（CNT結晶膜）によるCNT-Si太陽電池の実現とその動作原理の解明を目的として研究を進めた．まずこれまで高配向膜の安定した作製プロセスが確立されていない半導体CNTリッチの分散液を用いた場合の配向CNT薄膜作製条件について，CNT濃度，分散液量，界面活性剤濃度をパラメータとすることで，高い配向が得られる成膜条件を確立した．様々な配向度を持つ金属性CNTリッチな薄膜を準備し，多数のデバイスを試作し，発電特性の評価を実施した．直線偏光を入射光とした場合，高配向CNTデバイスでは低配向のデバイスと比較して，CNT層でより多くの光を吸収していることが確認できた．その一方で光電流の発生への寄与が小さいこともわかり，本デバイスにおけるCNT-Si接合形態は，ショットキ接合が支配的であることが示唆された．
さらに異なるCNT膜を積層したデバイスの試作に向け，積層転写の条件を確立し，プラズマクリーナーによる膜厚の制御条件も見出した．これまでの研究で配向膜の成膜条件を見出した半導体CNTリッチな分散液を用いて，CNT-Si太陽電池を試作し，発電特性の評価を行った．キラリティリッチな配向膜を用いることで，2～3％の変換効率を有するデバイスを実現することができた．また，経験上CoMoCAT-CNTでは高い配向を有するCNT膜を作製することが難しいため，フィルタメンブレン上に細かい溝（groove）を人工的に形成することで，高配向膜を実現するプロセスも確立した．
積層転写を採用したタンデム型CNT-Si太陽電池の試作も成功し，太陽電池特性の評価を行った．タンデム構造にすることによる効率改善効果を確認するには，デバイス作製プロセス上の不安定要因が大きいことが判明した．しかしながらタンデム型配向CNT-Si太陽電池の作製プロセスを確立することができた．
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Report
(3 results)
Research Products
(6 results)
