2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design of semiconductor quantum dot sensitised solar cells to maximise their performance using ultrafast laser spectroscopy
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16K05885
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
橘 泰宏 大阪大学, 理学研究科, 招へい教授 (30359856)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 亮介 大阪大学, 共創機構産学共創本部, 特任准教授 (70379147)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 半導体量子ドット / 太陽電池 / 超高速分光 / 電荷移動反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
具体的な課題として、（１）量子ドットの電子準位の解析と制御、（２）量子ドット・酸化チタン界面の電荷分離・再結合反応、（３）量子ドット・電解質界面のホール移動反応に関する評価、（４）量子ドットタイプ・構造と酸化チタン界面の電荷移動反応、（５）量子ドット増感膜への電位印加による電荷分離・再結合反応速度の最適化を設定した。
2016年度に、課題2と3について取り組み、それぞれにおいて、電荷分離反応を促進するためには、量子ドットの酸化チタン界面への強固な結合が必要であること、レドックス準位が量子ドットの価電子帯よりも負に位置しており、高濃度・高拡散性を持つ電解質を選択すれば、ホール移動並びに輸送反応が速やかに進行し、太陽電池性能の向上が期待できることを明らかにした。それぞれ一報ずつ学術論文として、2016年に成果発表を行った。
2017年度に、課題1について取り組み、PbS量子ドットのサイズ、バンド準位の制御並びにトラップ準位の制御を行った。発光量子収率が70％弱に迫るドットの作製に成功した。その結果を、2017年に学術論文として発表した。
2018年度に、課題4について、取り組んだ。PbS量子ドットを酸化チタン膜と組み合わせて、界面電荷分離・再結合反応速度の評価を行った。熱力学的に、電荷分離が進行するための自由エネルギー変化が与えられている限り電荷分離反応が進行することが確認された。一方、予想に反して、再結合反応も高速で進行することが明らかになった。2019年度に、引き続きサイズの異なるPbS量子ドットを作製し、酸化チタンへの電子注入・再結合速度の評価を行った。電子の励起準位が、酸化チタンの伝導帯端よりも負側であれば、電子注入が高速で進行することが明らかになった。現在、データを解析し、論文投稿の準備を行っている。これらの結果から、課題5について取り組む必要がなくなった。
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