2019 Fiscal Year Annual Research Report

Cuナノワイヤを基軸にした高性能・高耐久な透明導電膜の創製と太陽電池応用

Research Project

Project/Area Number	19H04324
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	横山俊東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30706809)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	伊藤隆東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (40302187)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	銅ナノワイヤ / 透明導電膜 / 酸化インジウムスズ / アスペクト比 / 還元反応速度 / 液相還元
Outline of Annual Research Achievements	本研究では銅ナノワイヤによる既存透明導電膜であるインジウム酸化スズ(ITO)の代替と太陽電池応用を目指し、ナノワイヤの形状および表面制御を行っている。透明導電膜形成時の性能である透過率および導電性はナノワイヤのアスペクト比(縦横比)に依存することから、本年度はナノワイヤの形状制御を行い、より細く長いナノワイヤの合成を目的としていた。具体的には、ナノワイヤを用いてITO以上の性能を達成するにはアスペクト比は600以上が必要とされている。そこで、研究代表者が開発に成功している低環境負荷なナノワイヤの液相還元による合成法において、アスペクト比を従来の200程度から600以上に増加させることを検討した。銅ナノワイヤは、銅前駆錯体が水溶液中で還元剤であるアスコルビン酸に還元された後、10面体のナノワイヤの核が生成され、ナノワイヤの側面となる面には界面活性剤が強く吸着するため、長さ方向に還元された銅原子が析出することで、ナノワイヤとして成長していることを明らかとした。また還元速度が速く、過剰な銅原子が存在する場合には、長さ方向だけでなく、側面にも銅原子が析出することで、アスペクト比が低いナノワイヤとなっていることが判明した。そこで、還元反応速度を還元剤濃度、反応温度を制御することで、還元反応初期は反応速度を増加させナノワイヤの核を多く生成させた後、還元反応の後期であるナノワイヤの成長段階においては、反応速度を低下させ銅原子の側面析出を抑制することで、アスペクト比は224から向上に成功し、606を達成した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 銅ナノワイヤのアスペクト比向上のためには、従来の反応時間を2から3倍程度まで増加させることが必要であることが研究進展から明らかとなり、アスペクト比制御は1年と計画していたが、繰越申請を行い2年間での検討を行った。ただし、2年間で当初計画していたアスペクト比は達成し、合成と並行して2年目に計画していたナノワイヤの表面制御についても遅れなく達成していることから、おおむね順調に進展していると評価した。
Strategy for Future Research Activity	アスペクト比向上については繰越を行ったが、他の計画と並行して研究を進展させたため、現在当初の計画に対する遅れはない。そのため、引き続き研究計画に従って、研究を遂行する。