2023 Fiscal Year Annual Research Report
高効率太陽電池の創製に向けたシリコン系クラスレートの新規結晶育成法の確立
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21H01825
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
森戸 春彦 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80463800)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 暁彦 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (20451635)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | クラスレート / シリコン / フラックス結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題の研究対象であるシリコン（Si）単元素クラスレートは、Si原子のみから構成されたカゴ状の物質であり、次世代の機能性材料として期待されている。しかし本物質に関しては、物性評価や応用展開に欠かせないバルク結晶の育成手法が確立されていなかった。Si単元素クラスレートの新たな結晶育成手法が切望される中、本研究グループでは、Si単元素クラスレートの前駆体となるNaを内包したSiクラスレート（Na-Siクラスレート）の結晶育成法として複合金属溶液結晶育成技術を開発した。さらに、電気化学的なイオン拡散法を駆使することによりNa-Siクラスレート単結晶からNaを引き抜くことに成功し、本課題においてSi単元素クラスレートの単結晶を実現した。最終年度では、Si単元素クラスレート単結晶の大型化を目指し、その前駆体となるNa-Siクラスレート単結晶の結晶育成技術の最適化を狙った。
これまでの研究ではフラックス元素の一つとしてSnを用いていたが、フラックス中の元素がクラスレートの形成に及ぼす影響を明らかにするために、GaやAl、In、Sb、Biなどの低融点金属を含んだフラックスを用いて結晶育成に取り組んだ。その結果、GaやAlはSiケージの一部を置換するとともに、結晶成長にも寄与していることが明らかになった。また、Inに関してもSnと同様に結晶育成に効果的であることが示された。一方で、SbやBiに関してはNaと二元系化合物を形成することから、Siクラスレートの結晶育成には適さないことが示唆された。本研究によりフラックス中に含まれる元素によって得られるクラスレートの結晶構造や結晶成長挙動が異なる現象を見出した。得られた知見を統合的に勘案し、複合金属フラックスを用いた結晶成長メカニズムを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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