2019 Fiscal Year Annual Research Report
Quantification of lattice defect density in semiconductors using emissive ruthenium complexes as probes
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17K19169
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前田 和彦 東京工業大学, 理学院, 准教授 (40549234)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 金属錯体 / 半導体 / 格子欠陥 / 光触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体中に存在する格子欠陥は、光励起電子と正孔の再結合中心として働くことが経験的に知られており、欠陥密度の低減は、高性能な太陽電池や光触媒を開発する上で欠かせない共通課題である。そしてそのためには、半導体中に存在する格子欠陥を適切に評価する手法が不可欠となるが、現状で我々は、材料の種類(組成や形状)を選ばず汎用的に適用できる測定手法を持たない。本プロジェクトでは、光を吸収して励起状態となった発光性ルテニウム錯体が半導体へ電子を注入する現象に着目し、それに伴う発光減衰をモニターすることで半導体中に存在する格子欠陥密度の評価を試みてきた。
本年度における最も重要な成果は、半導体表面の欠陥による励起キャリアの捕捉効果を、表面に吸着した色素をプローブとして明らかにしたことである。具体的には、酸素欠陥密度を精密に制御したSrTiO3粉末試料表面にルテニウム錯体色素を吸着し、その発光寿命を調べることで、SrTiO3表面における励起キャリアの捕捉効果を調べた。その結果、SrTiO3中の酸素欠陥濃度の上昇によって光励起キャリアの捕捉が促進されることと、酸素欠陥濃度の上昇によってその捕捉が抑制されることを明らかにした。さらには、励起状態の酸化電位の異なる複数のルテニウム錯体色素をプローブとした表面欠陥の調査法によって、欠陥が持つエネルギーレベルを特定することが出来ることも明らかにした。色素増感型光電変換材料の分野では、吸着色素から半導体表面欠陥への励起キャリア移動は性能低下に直結する大きな問題と考えられているが、半導体の欠陥濃度と明確に関連付けた研究は本系がはじめての例である。この成果は、J. Phys. Chem. C誌に発表した。
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[Presentation] Correlation between electron density of SrTiO3 powder and hydrogen/oxygen evolution photocatalytic activities2019
Author(s)
Nishioka, S.; Hyodo, J.; Vequizo, J. J. M.; Yamashita, S.; Kumagai, H.; Kimoto, K.; Yamakata, A.; Yamazaki, Y.; Maeda, K.
Organizer
2nd Global Forum on Advanced Materials and Technologies for Sustainable Development and the 4th International Conference on Innovations in Biomaterials, Biomanufacturing and Biotechnologies
Int'l Joint Research
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