2022 Fiscal Year Annual Research Report

Optical absorption in quantum dot systems on single crystal TiO2

Research Project

Project/Area Number	17K04988
Research Institution	The University of Electro-Communications
Principal Investigator	豊田太郎電気通信大学, その他部局等, 名誉教授 (40217576)
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)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2023-03-31
Keywords	半導体量子ドット / 酸化チタン単結晶 / 硫化鉛 / 光音響分光 / 光電子収量分光 / 無輻射緩和 / 自由エネルギー / イオン化エネルギー
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、色素増感剤を凌駕する特性を有する。従来の増感型太陽電池ではQDの吸着面積を増加させるため、基板電極としては酸化物のナノ粒子集積基板が対象となる（酸化チタン、酸化亜鉛等）。しかしこの電極基板系は乱雑な多結晶体の集積となるために、太陽電池特性の基礎となるQDの電子状態や電子移動に関する評価に曖昧性がある。本研究は基板として酸化物単結晶を適用し、吸着したQDに対する基板の効果を明らかにすることを目的としてきた。本年度はQD間の距離を制御する配位子として従来のMAA系のほかにEMIIを適用しMAA系との比較検討を行った。EMIIは不整が少ない特徴が示唆されている配位子である。その結果、EMII適用により無輻射緩和に伴う熱発生は、基板面方位にはほとんど依存せず、MAA配位子系に比べ減少することが判明した。これらの評価結果は従来と同様に、光音響法(PA)による脱励起状態、吸光度法(Abs)による励起状態、光電子収量法(PY)によるイオン化エネルギーを総合的に考察して得られた。ここでPA法とAbs法で光吸収端下のスペクトル形状が異なることを初めて見出し、その結果を利用して、脱励起に伴うQDの熱発生効率が、QD-QD間隔、基板面方位、配位子の種類に依存することを明らかにした。これらの基盤情報は、従来の酸化物のナノ粒子集積基板電極に対して、増感型太陽電池のデバイス設計に対して有用な情報を提供することを可能となると考えられる。