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2014 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

Research Project

Project/Area Number 25630290
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

佐藤 義倫  東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30374995)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
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
Outline of Annual Research Achievements

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)の表面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。平成26年度はナノチューブの骨格に窒素原子が置換した「骨格置換型SWCNT(N-doped SWCNT)」を合成し、その薄膜の熱電能を調べ、N-doped SWCNTがp型であるか、n型であるかを評価した。
N-doped SWCNTの合成は、フッ素化SWCNT(CFx: X=0.5)を窒素ガスで希釈した1%のアンモニアガス中で、400 ℃、30分間反応させて合成した。X線光電子分光測定から、ナノチューブ骨格に窒素原子が置換されており、その窒素原子はグラファイト型よりも、ピリジン型やピロール型で存在することがわかった。
スライドガラスの両極に幅5 mmの銀電極を真空蒸着し、その電極を跨ぐようにN-doped 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。N-doped SWCNT薄膜のゼーベック係数が-1~-10 μV/Kで負であることがわかり、n型キャリヤを示す物質の合成に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

困難と考えられていた「N-doped SWCNT」の合成に成功し、また「N-doped SWCNT薄膜」のゼーベック係数が-1~-10 μV/Kと負である「n型キャリヤを示す物質」の合成に成功したことは、本研究において大きな成果であるため。

Strategy for Future Research Activity

p型SWCNTとn型SWCNTのpn接合セルを持つ薄膜をスプレー塗布で作製し、電流-電圧特性、光起電力を測定する。セルの特性を見ながら、p型SWCNTとn型SWCNTのそれぞれのドーピング量を変化させて、p型SWCNTとn型SWCNTのpn接合セルの高効率化を目指す。

  • Research Products

    (15 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Structural and Electrochemical Characterization of Ethylenediaminated Single-Walled Carbon Nanotubes Prepared from Fluorinated SWCNTs2014

    • Author(s)
      Kohei Bushimata, Shin-ichi Ogino, Kazutaka Hirano, Tatsuhiro Yabune, Kenta Sato, Takashi Itoh, Kenichi Motomiya, Koji Yokoyama, Daiki Mabuchi, Hikaru Nishizaka, Go Yamamoto, Toshiyuki Hashida, Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 108 Pages: 14948 - 14956

    • DOI

      10.1021/jp503124n

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structure property relationships in thermally-annealed multi-walled carbon nanotubes2014

    • Author(s)
      Go Yamamoto, Keiichi Shirasu, Yo Nozaka, Yoshinori Sato, Toshiyuki Takagi, Toshiyuki Hashida
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 66 Pages: 219 - 226

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2013.08.061

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 長期間によるラット軟組織内における酸素含有官能基修飾多層カーボンナノチューブの構造安定性2014

    • Author(s)
      佐藤 義倫, 横山 敦郎
    • Journal Title

      NEW DIAMOND

      Volume: 30 Pages: 29 - 33

  • [Presentation] アンモニアガスを用いたフッ素化単層カーボンナノチューブへの骨格置換型窒素導入とその電子物性2015

    • Author(s)
      横山幸司、佐藤良憲、平野一孝、田路和幸、佐藤義倫
    • Organizer
      資源・素材学会 平成27年度春季大会
    • Place of Presentation
      千葉工業大学(千葉県・習志野市)
    • Year and Date
      2015-03-27 – 2015-03-29
  • [Presentation] Nitrogen doping of single-walled carbon nanotubes prepared from fluorinated SWCNTs using ammonia gas2015

    • Author(s)
      Koji Yokoyama, Yoshinori Sato, Kazutaka Hirano, Kenichi Motomiya, Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato
    • Organizer
      第48回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学伊藤国際学術研究センター(東京都・文京区)
    • Year and Date
      2015-02-21 – 2015-02-23
  • [Presentation] フッ素化カーボンナノチューブの 脱フッ素化による機能材料開発2015

    • Author(s)
      佐藤 義倫
    • Organizer
      北海道大学 電子科学研究所セミナー
    • Place of Presentation
      北海道大学電子科学研究所(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2015-01-29 – 2015-01-29
    • Invited
  • [Presentation] Photo-thermoelectric power of single-walled carbon nanotube films2014

    • Author(s)
      Yoshinori Sato, Hajime Sakakibara, Kenichi Motomiya, Kazuyuki Tohji
    • Organizer
      Materials Today Asia 2014
    • Place of Presentation
      Kowloon, Hong Kong
    • Year and Date
      2014-12-09 – 2014-12-12
  • [Presentation] Properties of sulfuric acid-based electric double layer capacitors with single-walled carbon nanotube electrodes by in situ Raman scattering spectroscopy and AC impedance spectroscopy2014

    • Author(s)
      Daiki Mabuchi, Shin-ichi Ogino, Yoshinori Sato, Takashi Itoh, Kazuyuki Tohji
    • Organizer
      Materials Today Asia 2014
    • Place of Presentation
      Kowloon, Hong Kong
    • Year and Date
      2014-12-09 – 2014-12-12
  • [Presentation] NH3ガスを用いたフッ素化単層カーボンナノチューブへの骨格置換型窒素導入法に関する研究2014

    • Author(s)
      横山 幸司、田路 和幸、佐藤 義倫
    • Organizer
      平成26年度 資源・素材学会東北支部 秋季大会
    • Place of Presentation
      岩手大学工学部復興祈念銀河ホール(岩手県・盛岡市)
    • Year and Date
      2014-11-17 – 2014-11-17
  • [Presentation] NH3ガスを用いたフッ素化単層カーボンナノチューブへの骨格置換型窒素導入法に関する研究2014

    • Author(s)
      横山 幸司、田路 和幸、佐藤 義倫
    • Organizer
      第7回 資源・素材学会東北支部 若手の会
    • Place of Presentation
      八幡平ロイヤルホテル(岩手県・八幡平市)
    • Year and Date
      2014-11-16 – 2014-11-16
  • [Presentation] Structural and Electrochemical Characterization of Aminated Single-Walled Carbon Nanotubes Prepared by Fluorination2014

    • Author(s)
      Kohei Bushimata, Takashi Itoh, Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato
    • Organizer
      The 30th European Conference on Surface Science
    • Place of Presentation
      Antalya, Turkey
    • Year and Date
      2014-08-31 – 2014-09-05
  • [Presentation] アンモニアガスを用いた気相におけるフッ素化単層カーボンナノチューブの表面改質に関する研究2014

    • Author(s)
      横山 幸司、田路 和幸、佐藤 義倫
    • Organizer
      平成26年度 資源・素材学会東北支部 春季大会
    • Place of Presentation
      東北大学片平さくらホール(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2014-06-17 – 2014-06-17
  • [Book] Handbook of Polymernanocomposites. Processing, Performance and Application Volume B: Carbon Nanotube Based Polymer Composites2015

    • Author(s)
      Yoshinori Sato, Mei Zhang, Kazuyuki Tohji
    • Total Pages
      601 (61 - 73)
    • Publisher
      Springer
  • [Remarks] 東北大学 大学院環境科学研究科 佐藤義倫 研究室

    • URL

      http://ncsimd.kankyo.tohoku.ac.jp/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 窒素含有炭素材料及びその製造方法2014

    • Inventor(s)
      横山幸司、田路和幸、佐藤義倫、平野一孝、佐藤良憲
    • Industrial Property Rights Holder
      横山幸司、田路和幸、佐藤義倫、平野一孝、佐藤良憲
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2014-253675
    • Filing Date
      2014-12-16

URL: 

Published: 2016-05-27  

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