2019 Fiscal Year Annual Research Report
新規太陽エネルギー変換材料における光励起キャリア物理の探求
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16H03867
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小澤 健一 東京工業大学, 理学院, 助教 (00282822)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松田 巌 東京大学, 物性研究所, 准教授 (00343103)
山本 達 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (50554705)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 表面・界面物性 / 有機太陽電池 / 量子ドット太陽電池 / 時間分解光電子分光j / シンクロトロン放射光 / 光電変換効率 / キャリアダイナミクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
可視・紫外線領域のパルスレーザーと，軟X線領域のエネルギーを持つパルス性を持つ放射光を用いたポンプ・プローブ法による時間分解X線光電子分光(TR-XPS)は，固体表面やヘテロ接合界面出の過渡的な電荷状態変化を，XPSスペクトルの内殻準位ピークのシフトとして捉え，励起キャリアの輸送過程や再結合によるキャリアの消失過程をサブナノ秒の時間分解能で再構築する研究手法である。これは本質的にはXPSであるので元素選択的な解析が可能であり，複数の元素や成分から構成される材料の光応答を検証することに適している。本研究は，光触媒と太陽電池の光励起キャリアの動的振る舞いをTR-XPSで検証し，光電変換効率を高めるための物質選択や，へトロ接合界面の構築に関する設計指針を得ることが目的である。
令和元年度は，二つの太陽電池の研究を進めた。一つ目は，フラーレンとフタロシアニンが二酸化チタン電極に積層したモデル太陽電池である。すでに前年度にTR-XPS実験は終了していたが，フラーレン層とフタロシアニン層の積層順を入れ替えた時に起こる光励起キャリアの挙動の精密解析を行い，積層順の入替えに影響されるところ，影響されないところを見出した。二つ目はPbS量子ドット太陽電池である。3nmと9nmのPbSを二酸化チタン電極に担持したモデル太陽電池を作製し，量子ドットのサイズに依存した光励起キャリアの挙動を検証した。量子サイズはPbS量子ドットのHOMO-LUMOギャップエネルギーに影響するが，800nmの可視光レーザーでは3nmのPbSのほうが9nmのPbSに比べて量子効率が良いことが明らかになった。
以上の結果は，有機太陽電池における光受光層の積層順，量子ドット太陽電池ではドットサイズをコントロールすることで光電変換効率に影響を及ぼすことを意味しており，高効率太陽電池を設計する際の指針を与えるものである。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(6 results)
