2013 Fiscal Year Research-status Report
熱電能アシスト型ｐｎ接合界面を持つ炭素ナノ材料で構成された近赤外光発電セルの創製
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25630290
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 義倫 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30374995)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 表界面・粒界制御 / 単層カーボンナノチューブ / 光発電 / pn接合 / 熱電能 |
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| Research Abstract |
本研究では、pn接合部での「熱起電力」と「光起電力」を組み合わせた高効率近赤外光発電セルを創製することが目的である。このためには、単層カーボンナノチューブ（single-walled carbon nanotube: SWCNT）を化学修飾することにより、p型SWCNTとn型SWCNTを合成する必要がある。今年度は、p型SWCNT、n型SWCNTの合成を行った。
p型SWCNTであるカルボキシル基修飾SWCNT（COOH-SWCNT）は、高結晶性SWCNTを6.8mol/Lの硝酸水溶液中で4時間還流することで合成し、カルボキシル基がSWCNTに修飾していることを確かめた。n型SWCNTであるアミノ基修飾SWCNTは、1%のアンモニアガス中（希釈ガス：窒素ガス）でフッ素化SWCNT（CFx: X=0.5）を所定の温度（室温から100℃ごとに600℃まで）で30分間反応させて合成した（HH2-SWCNT）。HH2-SWCNTは300℃付近を境に、300℃以下ではSWCNTにアミノ基の修飾されることと、フッ素基が残存していることがわかった。300℃以上では、窒素がナノチューブ骨格に置換されている構造を持つ可能性が得られた。
p型あるいはn型を調べるために、スライドガラスの両極に幅5mmの銀電極を塗布し、その電極を跨ぐようにそれぞれのSWCNTエタノール分散溶液をスプレー塗布した。塗布したサンプルの片端にペルチェ素子で熱を加えることで、サンプル両端の温度差と起電力を調べた。p型SWCNTはゼーベック係数がプラスとなり、正孔キャリヤであるp型SWCNTであることがわかった。一方、すべての反応温度で合成したHH2-SWCNTの熱起電能を測定したところ、すべてのサンプルでゼーベック係数がプラスであった。これはHH2-SWCNTに修飾しているアミン基や置換している窒素原子の数が少ないことがn型キャリヤを示さない原因の1つと考えられる。
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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
備品である「ソースメーター」の購入により、電流－電圧特性、起電力特性をスムーズに測定することができたため、研究が順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子キャリヤ特性を示す「n型SWCNT」の合成を精力的に取り組む。特に窒素置換型SWCNTにおいて、より多くの窒素を置換できるように、スタート物質であるフッ素化SWCNTのフッ素化度合いを変えたものを使用する。
一方で、π電子をSWCNT骨格に電荷移動できるアミン系分子の物理吸着による「n型SWCNT」の合成も試みる。n型SWCNTが合成された後に、p型SWCNTエタノール分散液とn型SWCNTエタノール分散液を用いて、スライドガラスにスプレー塗布よってpn接合部を作製し、電流－電圧特性、起電能を測定する予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。
平成26年度請求額とあわせ、次年度に計画している研究を遂行する予定である。
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