2014 Fiscal Year Research-status Report
分光増感機能向上を目指す基板の各結晶面への量子ドット吸着と光誘起電荷移動の評価
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26390016
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
豊田 太郎 電気通信大学, その他部局等, 名誉教授 (40217576)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
沈 青 電気通信大学, 情報理工学(系)研究科, 准教授 (50282926)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / 量子ドット / 光吸収 / 表面・界面 / 酸化チタン / 結晶面方位 / 分光増感 / 光励起電荷移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体量子ドット(QD)は太陽電池の増感剤として、従来の色素増感剤を凌駕する特徴がある。本研究は半導体QDの異なる基板結晶面への吸着と、光励起後の光誘起電子移動を明らかにすることである。本年度は以下の3項目について研究をおこなったので、各研究実績について報告する。
(1)対象とする基板はルチル型TiO2単結晶を適用し、基板を該当溶液に浸漬してCdSe QDの吸着を行った。高感度な光吸収評価が可能な光音響分光法を適用し、各基板結晶面におけるCdSe QDの浸漬時間依存性を検討した。その結果、(111)面では(110)面,(001)面と比べCdSe QDの成長が速かった。またスペクトル形状から平均粒径の導出を行った結果、平均粒径は結晶面に依存しないことが判明した。同じくスペクトル形状からCdSe QDの結晶性の評価を行った所、(001),(110),(111)の順で高いことが判明し、結晶成長速度の場合とは逆の傾向が見られた。
(2)対象とするTiO2の各基板結晶面とCdSe QDのHOMO準位を光電子収量分光法により評価を行った。その結果両者とも(111),(110),(001)の順でHOMO準位が高いことが判明した。CdSe QDのHOMO準位は作製時の浸漬時間には依存しなかった。
(3)過渡回折格子法を適用し、光誘起電子移動の評価を行った。その結果、電子移動に伴う自由エネルギーの変化に対して、電子移動速度定数は(111),(110), (001)の順で大きいことが判明した。この事実は、(111)面ではTiO2の伝導帯の波動関数と、CdSe QDのLUMO準位の波動関数の重なり積分が、他の面方位に比べて大きいことを示唆している。
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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
結晶面方位の異なるTiO2単結晶へのCdSe QDの吸着法を確立し、その後各結晶面におけるCdSe QD吸着速度・粒径・結晶性の評価を行い、新たな結果を得ることが出来た。また、光電子収量分光法を適用して、CdSe QDのHOMO状態に関する情報が得られた。これらの評価結果から、電子移動に伴う自由エネルギー導出が可能となり、各結晶面に吸着したCdSe QDからの光励起電子移動速度定数の自由エネルギー依存性を検討した。その結果、CdSe QDの電子状態とTiO2の電子状態の重なりに関する新奇な結果が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は基板結晶として、TiO2と同様良く使用されているZnOも対象とする。ZnOはTiO2とは異なる電子状態を示すため、吸着した量子ドットからの光誘起電子移動が異なるものと予想される。また、吸着量子ドットにはCdSeと同時にPbSを対象とする。近年PbSを増感剤として適用する固体型量子ドット太陽電池の研究が盛んになり、光電変換効率が増加の傾向にある。今後は、変換効率向上を念頭に置いた基礎研究の一貫としてPbS QDを対象とする。さらに、従来の光吸収評価、イオン化ポテンシャル評価、光励起電荷移動評価と併せて、量子化学計算を適用して測定結果に対する電子状態の理論的研究も推進する予定である。
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