2017 Fiscal Year Research-status Report
プラズモンナノ粒子を光捕集部位として用いた透明エネルギー変換デバイスの開発
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17K19031
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
坂本 雅典 京都大学, 化学研究所, 准教授 (60419463)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2019-03-31
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| Keywords | プラズモニクス / ナノ粒子 / 電子移動 / 赤外利用 / 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、半導体プラズモンナノ粒子を活性層として用いることで、耐久性と透明性に優れる透明太陽電池の実現に挑戦する。太陽光発電は再生可能エネルギーの中でも特に有力視されている。申請者は、日本の国土、社会的事情から、将来的なエネルギー源として再生可能エネルギーを取りいれるには、メガソーラーに代表される大規模設備に加えて社会に遍在する光エネルギーを有効利用する形態（ユビキタスエネルギー源）の確立が重要であると考えている。
人間の視覚は可視域の光のみに反応するため、可視域に吸収を持たないスペクトル形状を有する材料は透明に見える。このような材料を光吸収材として用いることにより、透明性のある太陽電池を作成することができる。本研究では、紫外域と赤外域に特徴的な強い吸収を有し、可視光を透過するSn-ドープIn2O3（ITO）、MoO3-xなどのプラズモン材料を光吸収剤として用いることで、耐久性と効率に優れる世界初の全固体透明太陽電池の実現を目指す。また、この研究を通じて赤外光の光電変換プロセスの詳細な調査を通じ、現時点では有効な利用方法が確立していない赤外光の効率的なエネルギー変換を可能とする新学理を確立する。
H29年度には、可視域の透過率95％の完全透明光電極の作成に成功し、赤外光の光電変換効率0.2％に成功した。また、ヘビードープ半導体のプラズモン材料が、金属とは異なる遅い緩和を示すことを実験的に明らかにした。これは、プラズモニクス材料の常識を覆す新発見であり、高効率の透明太陽電池の実現のための大きな一歩となる。
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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
H29年度には、可視域の透過率95％の完全透明光電極の作成に成功し、赤外光の光電変換効率0.2％に成功した。また、ヘビードープ半導体のプラズモン材料が、金属とは異なる遅い緩和を示すことを実験的に明らかにした。プラズモン光電変換においては、光照射後の高速緩和と再結合のため、効率が極端に低いが、研究代表者の発見した機構を応用することで9.2μ秒という長寿命電荷分離を実現することに成功した。これは、プラズモニクス材料の常識を覆す新発見であり、高効率の透明太陽電池の実現のための大きな一歩となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者はすでに可視域の透過率95％の完全透明光電極の作成に成功し、赤外光の光電変換効率0.2％に成功している。今後は、実際に固体デバイスを作成し、太陽電池として機能するかどうかを明らかにする。同時に、申請者の発見した遅いプラズモン緩和をエネルギー変換に利用することにより太陽電池の高効率化を目指す。
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