バンドベンディングを制御した高効率電荷分離型の酸化物光電極

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16206075
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 松尾 伸也 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90029299)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小俣 孝久 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80267640) ; 上田 正人 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40362660)
• Keywords: 光電極 / 酸化チタン / 複合体 / チタネート / 電荷分離

Research Abstract

半導体を用いた光電極による水の分解・水素ガス製造の原理を実用化レベルの技術にまで引き上げるには、エネルギーバンドの曲がりを半導体接合により制御し、光応答域での量子効率を向上させることが重要である。本研究では、ドナーをドープしたSr(Ti_<1-x>Nb_x)O_<3+δ>とTiO_2膜のヘテロ接合を有する光電極を作製し、その性能をF-ドープSn膜付きガラス板上に作製したアナターゼTiO_2単独膜と比較した。先ず、(1)Ti-Nb合金板をH_2O_2+HNO_3水溶液で処理して、表面にアモルファス状のアナターゼTiO_2膜を形成した。次にSrOH水溶液中で水熱処理することによりSr(Ti_<1-x>Nb_x)O_<3+δ>膜とし、その上にゾルゲル法によりTiO_2膜を塗布した。Xeランプ照射による光電流はTiO_2膜単独の場合の半分であり、作製したSr(Ti_<1-x>Nb_x)O_<3+δ>膜の高抵抗が問題であった。そこで、(2)良伝導を示す市販の黒色Sr(Ti_<0.98>Nb_<0.02>)O_<3+δ>単結晶板を用い、表面にゾルゲル法によりアナターゼTiO_2膜を塗布してヘテロ接合を作製した。光電流はアナターゼTiO_2単独膜の2倍流れ、エネルギーバンド曲がりの有効性を実証することができた。量子効率の光波長依存性はTiO_2単独膜とは400nm付近で明瞭に異なっており、接合界面のエネルギースパイクが原因と推察された。本研究結果は被覆するTiO_2膜として伝導帯底部の電子のエネルギーがより高いブルッカイトTiO_2がアナターゼTiO_2より有効であることを示唆する。(3)アナターゼTiO_2膜からブルッカイトTiO_2膜への転換の方法を検討した結果、一度チタネートに転換した後の酸処理で可能であるとの結果を得た。詳細な転換条件については今後検討する必要がある。