2017 Fiscal Year Research-status Report
量子ドット増感系の光誘起電荷移動：基板結晶面の電子構造が増感機能に及ぼす効果
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17K04988
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
豊田 太郎 電気通信大学, その他部局等, 名誉教授 (40217576)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沈 青 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50282926)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 半導体量子ドット / 酸化チタン / セレン化カドミウム / 硫化鉛 / イオン化エネルギー / 光誘起電子移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体量子ドット(QD)は太陽電池の増感剤として従来の色素増感剤を凌駕する長所がある。従来の増感太陽電池はQDの吸着面積を増やすために、酸化物のナノ粒子集合基板が適用されている。しかし変換効率向上を目指すには基礎的なQDの評価が重要となる。基礎研究の一貫として、本研究では面方位の異なる酸化物単結晶基板へのQD吸着と、QD内での光誘起電子移動を明らかにすることを目的としている。本年度はルチル型TiO2単結晶基板（面方位：(001),(110),(111)を適用し、従来のCdSe QDsと共にPbS QDsを対象として、(1)QD吸着とモルフォロジーの評価、(2)吸着したQDの光吸収評価と結晶評価、(3)吸着したQDのイオン化エネルギー評価、(4)光誘起電子移動評価を行った。(1)から、CdSe,PbS QDsのいずれもモルフォロジーは基板結晶面に大きく依存することが示された。(2)から、CdSe QDsでは(111)面上で成長速度が最大であるのに対し、PbS QDsでは(001)面で最大であり、QDの違いによる結晶成長の違いが示された。またPbS QDsでは光吸収端下の変化が光音響スペクトルからも求まったものと、透過スペクトルから求まったものとは異なることが示された。光音響スペクトルでは、従来の脱励起に伴う信号と共に電子移動の効果が重複していることを示唆しており、光音響法の適用により従来の透過法に比べより一般的な緩和過程に対する情報が得られると考えられる。(4)異なる結晶面に吸着したCdSe QDsに対し、過渡回折格子法から各緩和の速度定数と成分の積について検討を行った。この積は太陽電池の光電流と相関があると考えられる。その結果、この積は(111)面に吸着した6.5nm程度のCdSe QDの際に最大値を示すことがわかり、将来の設計に寄与する情報が得られた。
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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
結晶面方位の異なるルチル型TiO2単結晶へのCdSe QDsとPbS QDsの吸着法を確立し、その後各結晶面におけるCdSe QDsとPbS QDsの吸着速度・粒径・結晶性の評価を行い、新しい知見を得ることが出来た。またPbS QDsでは光吸収端下の変化が光音響スペクトルから求まったものと、透過スペクトルから求まったものとは異なることが示された。光音響スペクトルでは、従来の脱励起に伴う信号と共に電子移動の効果が重複していることを示唆しており、光音響法の適用により従来の透過法に比べより一般的な緩和過程に対する情報が得られる可能性が示唆される。この結果は、従来多くの研究者が考えてはいなかった新たな発見に繋がると考えられる。また本年度はアナターゼ型TiO2薄膜基板（エピタキシャル成長）の形成をパルスレーザ蒸着法で行い、CdSe QDsを吸着した系について結晶成長・光吸収・イオン化エネルギー評価に着手し、ルチル型TiO2とは異なる新たな知見を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
アナターゼ型TiO2薄膜基板（エピタキシャル成長）の形成をパルスレーザ蒸着法で行い、CdSe QDsを吸着した系について結晶成長・光吸収・イオン化エネルギー評価をより詳細に行うと共に、PbS QDs吸着についても検討を行う。近年PbS QDsを増感剤とする固体型量子ドット太陽電池の研究が活発になり、変換効率の増大が見られる。これらの応用ではPbS QDsの吸着には種々の結合子を適用している。そのためPbS QDsの波動関数と基板の波動関数の重なりを制御し、量子閉じ込め効果と基板結晶面方位との関連について検討を行う。各年度は光音響法の適用により従来の透過法に比べより一般的な緩和過程に対する情報が得られる可能性が示唆されており、波動関数の重なりとの相関について上記の系について検討を行い新たな発見に繋げ従来に無い評価法の原理を確立する。
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| Causes of Carryover |
秋季に行われる予定の国際会議に参加する予定であったが、体調不良と家庭の事情のためキャンセルした。その結果、次年度使用額が生じた。
次年度にはこの次年度使用額と併せて、結晶面方位の異なる酸化物単結晶(TiO2, ZnO)を購入し補充する予定である。
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[Journal Article] Improvement of photovoltaic performance of colloidal quantum dot solar cells using organic small molecule as hole-selective layer2017
Author(s)
Y.Zhang, G.Wu, I.Mora-Sero, C.Ding, F.Liu, Q.Huang, Y.Ogomi, S.Hayase, T.Toyoda, R.Wang, J.Otsuki, Q.Shen
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Journal Title
The Journal of Physical Chemisty Letters
Volume: 8
Pages: 2163-2169
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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