2018 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of properties of solar cells by quantum dots with the function of UV - visible wavelength conversion
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18H02061
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
磯部 徹彦 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30212971)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
磯 由樹 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 助教 (00769705)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 波長変換 / 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Cu/In仕込みモル比の異なるCIS/ZnS量子ドット（QDs）の分散液試料は、白色光下ではCu/In比を低下させることで無色透明に近づき、365 nmのUV照射下ではいずれも黄色蛍光を示した。CIS/ZnS分散液試料の吸収スペクトルからTaucプロットを作成し、バンドギャップ(Eg)を算出した。仕込みモル比Cu/In=1/4, 1/8, 1/10で合成したCIS/ZnSのEgはそれぞれ2.75 eV、2.90 eV、3.00 eVであり、Cu/In比を低下させることでEgが増大した。元素組成分析を行うと、仕込みモル比Cu/In=1/4, 1/8, 1/10で合成したCIS/ZnSの組成はCu/In=1/5.0, 1/7.8, 1/12.0であり、QDsのCu/In組成は仕込みモル比に対応していた。このことからEgの変化はQDsのCu/In組成の変化に起因すると考えられる。仕込みモル比Cu/In=1/4, 1/8, 1/10で合成したCIS/ZnSの絶対蛍光量子収率(PLQY)はそれぞれ19%、24%、24%であった。原料の仕込みモル比をCu/In=1/10とし、シェル剤を2回添加して合成したCIS/ZnS/ZnS分散液試料は、白色光下で薄い黄色であり、UV照射下では黄色蛍光を示した。CIS/ZnS/ZnS分散液試料の吸収スペクトルからEgを算出すると2.96 eVであり、シェル剤を2回添加することによってEgに大きな変化は見られなかった。絶対PLQYを測定すると30%であった。シェル剤を2回添加することにより絶対PLQYが向上したのは、より効果的に表面欠陥がパッシベートされたことに起因すると考えられる。試作したCIS/ZnS/ZnSを分散したエチレン酢酸ビニル共重合体（EVA）波長変換膜について、QDsは透明にEVA膜中に分散し、UV照射下で膜は黄色蛍光を示した。
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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
原料の仕込みモル比をCu/In=1/10とし、シェル剤を2回添加して合成したCIS/ZnS/ZnS分散液試料の吸収スペクトルからEgを算出すると2.96 eVであり、QDsの光吸収域を太陽電池の感度が低い紫外域に調節できた。絶対PLQYは30%であり、まだ改善の余地があるが、CIS/ZnS/ZnS QDsを透明にEVA膜中に分散でき、UV照射下で黄色蛍光を示すEVA波長変換膜を試作できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の研究では、紫外光を可視光に変換するコア/シェル型CuInS2/ZnS QDsを次の手順で作製した。ドデカンチオールへ銅原料とインジウム原料を投入し、アルゴンガス中で加熱してCuInS2コアを作製した。つぎに、コア分散液に亜鉛原料、オレイン酸、ドデカンチオールおよびオクタデセンを投入し、コア/シェル型CuInS2/ZnS QDsの分散液試料と粉末試料を作製した。昨年度までの研究で、銅原料を化学量論比よりも少なくすることによって、紫外光だけを吸収するようにEgを調節できることが明らかにされた。しかし、絶対PLQYが30%ほどであった。さらにPLQYを向上させるために、今後は硫黄原料の種類とその添加方法を検討する。また、昨年度の研究の結果、ドデカンチオールとオレイン酸が被覆したCuInS2/ZnS QDs粉末試料、EVAおよび溶剤を混合することによって、フリースタンディングなQDs分散膜を作製することができた。今後は、紫外光を十分に吸収するように、膜中のQDs濃度および膜厚などを調節する。つぎに、QDs分散膜を市販の太陽電池の上部に接着して太陽電池特性を評価する。疑似太陽光下でのI－V特性を測定し、開放電圧、短絡電流、最大出力、曲線因子、光電変換効率を求める。分光感度測定システムを用いて、QDsの波長変換効果による近紫外域での分光感度の向上を評価する。
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Research Products
(2 results)
