2016 Fiscal Year Research-status Report
水素発生素子への応用を目指した酸化銅(Ⅰ)ホモ接合のデバイスの実現
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15K14299
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宮島 晋介 東京工業大学, 工学院, 准教授 (90422526)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮崎 尚 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, 電気情報学群, 助教 (30531991)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 水素生成 / pn接合 / Cu2O / 電気化学製膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、昨年度に引き続きn型Cu2O作製技術の確立を目指した。昨年度までに低pH条件（pH約8）での製膜および塩素ドーピング（0.1 M程度の塩化銅添加）により、膜の正孔濃度が減少することを明らかにしているが、2電極系の製膜装置を用いていたため、電気化学反応を詳細に制御・解析することが困難であった。そこで、参照電極を有するポテンショスタットを導入し、製膜の最適化及び膜の光学的・電気的特性の詳細な評価を行った。製膜パラメータを調整することにより、均一性の良いCu2O膜の作製に成功した。製膜基板の参照電極に対する電位を変化させることにより、膜表面の形態および光学的・電気的特性が大きく変化することが明らかとなった。製膜電位を低下させることにより、結晶粒径が小さくなり、表面の凹凸が小さくなる傾向が確認された。フォトルミネッセンスによる解析の結果、製膜電位により発光ピークの位置および強度が異なることが明らかとなった。これは製膜電位の最適化により、膜中欠陥の少ない膜の作製が可能であることを示唆している。サブギャップ吸収スペクトル測定及び光導電率測定の結果からも、膜中の欠陥量が製膜電位によって変化することが見出されている。また、製膜時のアンチモン（Sb）ドーピングが、膜の表面形状やフォトルミネセンススペクトルに変化を与えることを確認し、Sbドーピングにより膜特性が改善する可能性を見出した。さらに、製膜後の熱処理条件を最適化することにより、電気的特性が大幅に改選することも確認している。今後はこれらの結果を、塩素ドープの系に適用し、n型膜の実現を目指す。なお、水素発生素子の作製に向け、TiOx膜の溶液成長法についても検討を行っており、均一にTiOx膜を製膜する技術を確立している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成28年度の計画では、n型Cu2O膜の高品質化と水素生成素子の作製を行う予定であった。n型化の可能性は見出されているものの、膜の明確なn型化を実証するには至っていない。しかし、n型化のための方策を探求する中で、Cu2O膜の高品質化のための方針が見出されつつあり、p型膜ではあるものの、キャリア拡散長がこれまでの2倍程度の膜が得られている。これらの結果を、n型膜作製系に適用することにより、n型化の実証が出来るものと推測している。光導電率およびフォトルミネッセンスを用いた評価を行うことにより、良質なCu2O膜の製膜条件を探索することを可能にしたため、今後は研究のスピードアップが期待される。なお、水素生成素子の形成については、その要素技術であるTiOx膜の製膜技術を確立している。このように、当初の計画を完全に達成できたわけではないが、Cu2O膜の高品質化と水素生成素子の形成のための準備が完了しており、概ね順調に研究が進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は引き続きn型Cu2O膜の高品質化と共に、水素生成素子の作製に取り組む。n型膜については前年度に得られた高品質膜作製条件を基に、n型化のためのドーピング等を行う。また、水素生成素子については、既に検討を始めているTiOxを用いたデバイスを作製し、その特性の評価及び高品質化を検討する。
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| Causes of Carryover |
研究分担者の実験用消耗品の消費が予想より若干少なかったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
最終年度の消耗品購入に使用する。
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