2021 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 – 2023-03-31
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| Keywords | 半導体量子ドット / 酸化チタン単結晶 / 硫化鉛 / 有機系配位子 / イオン化エネルギー / 光音響分光 / 無輻射緩和 / 自由エネルギー |
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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、色素系を凌駕する特性を持つ。従来の増感型太陽電池ではQDの吸着面積を増大させるために、基板電極としてはナノ粒子集合体酸化物が対象となる(TiO2, ZnO等)。しかしこの電極系は乱雑な多結晶体のために、QDの電子状態や電子移動に関する評価が曖昧になる。本研究は物性が十分に判明されている単結晶基板を対象として、異なる面方位を持つ酸化物単結晶へQD吸着を行い、QDに対する基板の効果を明らかにすることを目的とする。今年度も引き続きルチル型TiO2単結晶の(001), (110), (111)面を対象基板として、さらに３種類の異なる配位子をPbS-QDに結合しQD-QD間の距離の制御を行い、昨年度に得られた結果の再現性について検討を行った。従来と同様に、(1)光音響法(PA)による脱励起状態、(2)吸光度法(Abs)による励起、(3)光電子収量法(PY)によるイオン化エネルギー、の一連の再現性評価を行った。その結果、PAスペクトルとAbsスペクトルの吸収端下の異なることが再確認された。特に(111)基板上ではQD-QD間隔の増大に大きな変化が生じた、これらの結果は脱励起に伴う無輻射緩和による熱生成効率がQD-QD間隔および基板結晶面により異なるという新しい発見につながった。これらの基板情報は、従来の酸化物ナノ粒子集合体電極に対して、増感型太陽電池のエネルギー変換効率向上化を考慮するデバイス設計に対して有用な情報を提供することが可能となると考えられる。
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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
異なる基板面を持つルチル型TiO2単結晶を適用し、有機配位子系を結合したPbS-QDの各種評価に対して再現性が得られ、順調に成果が得られている。また、光吸収後の無輻射緩和過程に対し十分は全体像が捉えられ、新しい発見につながった。また、励起キャリアの移動と無輻射緩和に伴う熱発生との関連性についても発見があり、これらの成果は増感型太陽電池にたいして新しい情報を提供すると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
PbS-QD系に対し、今後は異なる有機配位子系を適用すると共に同様の評価を行う。これらの系を対象にPA, Abs評価と並行して蛍光スペクトル評価を適用し、輻射緩和から求まる情報と合わせて、緩和の全体像の解明に着手する。さらにZnO単結晶基板を対象とする研究にも着手する。ZnOはTiO2とは異なる電子構造を持つことから、基板効果の影響について検討を行う。
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| Causes of Carryover |
論文作成と投稿後の査読者との間のやり取りに多くの時間を費やした。そのため次年度への再延長を希望し結果として承認された。そのため次年度研究費としては、作成論文の英文校正と論文投稿料に適用する。
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