2020 Fiscal Year Annual Research Report
Creation and development of high-order nano-space structures through innovative control of stress field
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17H06146
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
巨 陽 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60312609)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
徳 悠葵 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (60750180)
木村 康裕 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70803740)
細井 厚志 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (60424800)
森田 康之 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (90380534)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノ空間構造体 / 応力場制御 / 原子拡散 / 透明導電膜 / 太陽光水素製造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（Ⅰ）転位・結晶粒界が原子拡散に及ぼす影響の解明
超高分解能TEMを用いた制限視野回折パターン、高分解能像の取得、および高速フーリエ変換に基づくGeometrical Phase Analysisを通じて、Al薄膜におけるナノワイヤ成長領域内外、成長前後、表界面の結晶構造や原子配列の実験的解析を行い、薄膜およびナノワイヤ両方の原子配列、結晶構造、結晶方位を明らかにし、薄膜の結晶性状とナノワイヤ成長の因果関係を解明した。また、分子動力学シミュレーションにより、応力場における転位や、結晶粒界などが原子の拡散やナノワイヤ成長に及ぼす影響を明らかにした。最終的に実験および理論的な解析を融合し、金属ナノワイヤが高密度成長できるメカニズムを解明した。
（Ⅱ）透明導電膜の低コスト大面積製作の実現
原子の拡散速度や拡散経路を増やすため、Al薄膜を形成する際に酸素原子の導入を試みた。また、Al薄膜の厚さ方向に大きな原子拡散駆動力の制御を実現するため、Al 薄膜とSi基板間にCr中間層を導入し、その厚さの最適化を行った。さらに、Alナノワイヤアレイの大面積成長およびフレキシブル透明導電膜の低コスト製作を実現した。
（Ⅲ）半導体３次元空間構造体の創製
作製した高密度Cu2Oナノ構造体をCNTシートにより担持し、多層構造を実現することにより、高い受光面積を有する３次元ナノ空間構造体配列の創製を実現した。また、３次元ナノ空間構造体配列の吸光効果を紫外可視吸光測定により解析し、エネルギー変換素子としてのバンドギャップを評価した。さらに、Cu2O半導体と電解質水溶液で形成されているショットキーバリアの高さや空乏層幅の計測を実現した。そして、３次元ナノ空間構造体配列の形状、密度、空間空隙の最適化を行い、超高変換効率を有する太陽光水分解水素製造を実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまで予定されていた研究計画は順調に実施されており、高密度Cu2Oナノ構造体をCNTシートにより担持し、多層構造を実現することにより、超高変換効率を有する太陽光水分解水素製造を実現した。
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| Strategy for Future Research Activity |
（Ⅰ）３次元空間構造体の表面修飾
実用化の観点で、Cu2O太陽光水分解水素製造素子の耐久性と変換効率を更に向上させるため、３次元ナノ空間構造体のTiO2およびAlドープZnOによる表面修飾を行う。作製した空間構造体の特徴的な形状を破壊することなく表面修飾を行うため、原子層堆積により表面成膜を行う。表面修飾の成膜厚さ、温度の制御による吸光効果および光起電効果、フラットバンドポテンシャルをUv-Vis分光器やX線光電子分光を用いて解析することにより、水素製造素子の最適化を実現する。
（Ⅱ）太陽光水素製造デバイスの実現
今後の実用化を見越して、高密度Cu2Oナノ構造体の大面積作製手法を確立する。また、表面修飾の最適化を行い、大面積な３次元ナノ空間構造体配列の作製を実現し、大面積なCu2O太陽光水素製造デバイスを構築する。さらに、高密度単結晶α相Fe2O3ナノワイヤアレイの大面積成長を実現し、大面積なFe2O3太陽光水素製造デバイスを構築する。これらにより、低コストかつ超高変換効率、さらに高い耐久性を有する次世代太陽光水素製造デバイスを実現する。
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Research Products
(16 results)
