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2010 Fiscal Year Annual Research Report

多重励起子生成と表面プラズモン効果による光励起キャリアダイナミクスと光電変換特性

Publicly Offered Research

Project AreaStrong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions
Project/Area Number 21020014
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

豊田 太郎  電気通信大学, 大学院・情報理工学研究科, 教授 (40217576)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 沈 青  電気通信大学, 大学院・情報理工学研究科, 助教 (50282926)
Keywords半導体量子ドット / 金属量子ドット / 多重励起子生成 / プラズモン効果 / 過渡応答特性 / 増感太陽電池
Research Abstract

近年Au量子ドットを吸着したTiO_2電極において、プラズモン共鳴に基づく光誘起電荷分離が発見されたため、新しい増感太陽電池への応用が注目されている。一方半導体量子ドットが多重励起子生成(MEG)を示すことから、従来の色素増感に代わる半導体量子ドット増感太陽電池が注目されている。本研究はAu量子ドットによる光局在場のMEG生成に与える効果について検討し、MEG生成増大条件を見出し半導体量子ドット増感太陽電池の光電変換向上を目的としている。半導体量子ドットとしてCdSeを、金属量子ドットとしてAuを対象とし、ナノ粒子TiO_2電極への複合化吸着を行った。この系に対して、光吸収特性評価、光電流特性評価を行った。その結果、CdSe量子ドットの平均粒径は作製吸着時間とともに増大し、光電流はある吸着時間で極大を示した。さらに太陽電池デバイスを形成し、光電変換特性評価を行った。その結果、開放電圧と曲線因子は、CdSe量子ドット単独吸着の場合もAu/CdSe複合化吸着も大きな違いは見られなかった。しかし短絡電流はCdSe量子ドットの吸着時間が短時間の場合には、複合化吸着では単独吸着に比べて約30%程増大することが見出された。この結果を反映して、光電変換効率も同様の増大と変化を示した。また太陽電池デバイスにおける並列抵抗成分は、複合吸着の場合に減少することがわかった。これはCdSe量子ドットとAu量子ドットの直接接触による影響と考えられる。他の評価として、単独吸着の場合と複合化吸着の場合の超高速過渡応答特性の検討を行った。その結果、複合化吸着の場合は単独吸着の場合と比較して、緩和時間が長くなる傾向が見られた。

  • Research Products

    (30 results)

All 2011 2010

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (21 results)

  • [Journal Article] Low-cost flexible nano-sulfide/carbon composite counter electrode for quantum-dot-sensitized solar cell2010

    • Author(s)
      M.Deng, Q.Zhang, S.Huang, D.Li, Y.Luo, Q.Shen, T.Toyoda, Q.Meng
    • Journal Title

      Nanoscale Research Letters

      Volume: 5 Pages: 986-990

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CdSe quantum dot-sensitized solar cell employing TiO_2 nanotube working-electrode and Cu_2S counter-electrode2010

    • Author(s)
      Q.Shen, A.Yamada, S.Tamura, T.Toyoda
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 97 Pages: 123107

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Highly efficient quasi-solid-state quantum-dot-sensitized solar cell based on hydrogel electrolyte2010

    • Author(s)
      Z.Yu, Q.Zhang, D.Qin, Y.Luo, D.Li, Q.Shen, T.Toyoda, Q.Meng
    • Journal Title

      Electrochemical Communications

      Volume: 12 Pages: 1776-1779

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoacoustic and photoelectrochemical current spctra of combined CdS/CdSe quantum dots adsorbed on nanostructured TiO_2 electrodes, together with photovoltaic characteristics2010

    • Author(s)
      T.Toyoda, K.Oshikane, D.M.Li, Y.H.Luo, Q.B.Meng, Q.Shen
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 108 Pages: 114304

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fobrous CdS/CdSe quantum dot co-sensitized solar cells based on ordered TiO_2 nanotube arrays2010

    • Author(s)
      S.Q.Huang, Q.X.Zhang, X.M.Huang, X.Z.Guo, M.H.Deng, D.M.Li, Y.H.Luo, Q.Shen, T.Toyoda, Q.B.Meng
    • Journal Title

      Nanotechnology

      Volume: 21 Pages: 375201

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sensitization of titanium dioxide photoanodes with cadmium selenide quantum dots prepared by SILAR : Photoelectrochemical and carrier dynamics studies2010

    • Author(s)
      N.Guijarro, T.Lana-Villarreal, Q.Shen, T.Toyoda, R.Gomez
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 114 Pages: 21928-21937

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct correlation between ultrafast injection and photoanode performance in quantum-dot sensitized solar cells2010

    • Author(s)
      N.Guijarro, Q.Shen, S.Gimenez, I.Mora-Sero, J.Bisquert, T.Lana-Villarreal, T.Toyoda, R.Gomez
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 114 Pages: 22352-22360

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Scree-printed Cu_2S-based counter electrode for quantum-dot-sensitized solar cell2010

    • Author(s)
      M.H.Deng, S.Q.Huang, Q.X.Zhang, D.M.Li, Y.H.Luo, Q.Shen, T.Toyoda, Q.B.Meng
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 39 Pages: 1168-1170

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ultrafast photoexcited electron and hole dynamics in CdSe quantum dots adsorbed onto nanostructured TiO_2 films2010

    • Author(s)
      Q.Shen, Y.Ayuzawa, K.Katayama, T.Sawada, T.Toyoda
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 97 Pages: 263113

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 半導体量子ドットの光励起キャリアダイナミクスと光電変換特性2011

    • Author(s)
      豊田太郎、沈青
    • Organizer
      日本化学会第91春季年回
    • Place of Presentation
      神奈川大学(横浜、神奈川)
    • Year and Date
      2011-03-29
  • [Presentation] 改良型過渡回折格子法によるPbS量子ドットの多重励起子生成評価2011

    • Author(s)
      沈青、片山健二、澤田嗣郎、豊田太郎
    • Organizer
      日本化学会第91春季年回
    • Place of Presentation
      神奈川大学(横浜、神奈川)
    • Year and Date
      2011-03-28
  • [Presentation] 陽極化成法による自己組織化TiO_2ナノチューブ電極の光吸収と光電気化学特性2011

    • Author(s)
      太田朋佳、山田灯、沈青、豊田太郎
    • Organizer
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(厚木、神奈川)
    • Year and Date
      2011-03-27
  • [Presentation] ZnS表面保護のPbS量子ドット増感太陽電池に及ぼす影響2011

    • Author(s)
      八谷聡次郎、沈青、豊田太郎
    • Organizer
      日本化学会第91春季年回
    • Place of Presentation
      神奈川大学(横浜、神奈川)
    • Year and Date
      2011-03-27
  • [Presentation] 二分子結合色素構造を有する色素増感太陽電池における段階的電子注入ダイナミクス2011

    • Author(s)
      沈青、尾込裕平、B.Park、S.S.Pandey、宮本明理、藤田普介、豊田太郎、早瀬修二
    • Organizer
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学(厚木、神奈州)
    • Year and Date
      2011-03-24
  • [Presentation] Characterization of optical properties of semiconductor quantum dot-sensitized solar cells together with ultrafast carrier dynamics2011

    • Author(s)
      T.Toyoda
    • Organizer
      China-Japan Joint Discussion
    • Place of Presentation
      Chinese Academy of Sciences (Beijing, China)
    • Year and Date
      2011-03-18
  • [Presentation] Characterization of optical properties of semiconductor quantum dot-sensitized solar cells together with ultrafast carrier dynamics2011

    • Author(s)
      T.Toyoda
    • Organizer
      Spain-Japan Cooperation Workshop on Quantum Dot Sensitizers
    • Place of Presentation
      University of Jaume I (Castellon, Spain)
    • Year and Date
      2011-03-08
  • [Presentation] Ultrafast photoexcited electron and hole dynamics in CdSe quantum dots adsorbed onto nanostructured TiO_2 films2011

    • Author(s)
      Q.Shen
    • Organizer
      Spain-Japan Cooperation Workshop on Quantum Dot Sensitizers
    • Place of Presentation
      University of Jaume I (Castellon, Spain)
    • Year and Date
      2011-03-08
  • [Presentation] Improvement of the photovoltaic properties of PbS quantum dot-sensitized solar cells2010

    • Author(s)
      S.Hachiya, Q.Shen, T.Toyoda
    • Organizer
      2010 MRS Fall Meeting Symposium
    • Place of Presentation
      Hynes Convention Center (Boston, USA)
    • Year and Date
      2010-11-30
  • [Presentation] 多孔質ZnO薄膜の光音響スペクトルと光電流特性2010

    • Author(s)
      山田修三、細野英司、周豪慎、沈青、豊田太郎
    • Organizer
      第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学(長崎)
    • Year and Date
      2010-09-17
  • [Presentation] CdS量子ドットを吸着した逆オパールTiO_2電極の光吸収と光電変換特性2010

    • Author(s)
      豊田太郎、大西陽平、沈青、押鐘敬太、鮎澤康正
    • Organizer
      第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学(長崎)
    • Year and Date
      2010-09-17
  • [Presentation] 半導体量子ドットの光励起キャリアと光電変換特性2010

    • Author(s)
      豊田太郎、沈青
    • Organizer
      第59回高分子討論会
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌)
    • Year and Date
      2010-09-17
  • [Presentation] 半導体量子ドットの分光増感と光電変換特性2010

    • Author(s)
      豊田太郎、沈青
    • Organizer
      光化学討論会2010
    • Place of Presentation
      千葉大学(千葉)
    • Year and Date
      2010-09-08
  • [Presentation] Optical absorption and photovoltaic properties of CdS/CdSe quantum dot-sensitized solar cells2010

    • Author(s)
      T.Toyoda, K.Oshikane, D.Li, Y.Luo, Q.Meng, Q.Shen
    • Organizer
      18^<th> International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
    • Place of Presentation
      Korea University (Seoul, Korea)
    • Year and Date
      2010-07-28
  • [Presentation] Semiconductor quantum dot-sensitized solar cells and photoexcited carrier dynamics2010

    • Author(s)
      T.Toyoda, Y.Ayuzawa, Q.Shen
    • Organizer
      18^<th> International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
    • Place of Presentation
      Korea University (Seoul, Korea)
    • Year and Date
      2010-07-28
  • [Presentation] Semiconductor quantum dot sensitized solar cells and photoexcited carrier dynamics2010

    • Author(s)
      T.Toyoda, Y.Ayuzawa, Q.Shen
    • Organizer
      18^<th> International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
    • Place of Presentation
      Korea University (Seoul, Korea)
    • Year and Date
      2010-07-26
  • [Presentation] CdSe quantum dot-sensitized solar cells based on TiO_2 nanotube2010

    • Author(s)
      A.Yamada, Q.Shen, T.Toyoda
    • Organizer
      18^<th> International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
    • Place of Presentation
      Korea University (Seoul, Korea)
    • Year and Date
      2010-07-26
  • [Presentation] Application of carbon electrodes on CdS quantum dot-sensitized solar cells2010

    • Author(s)
      D.Li, Q.Zhang, Y.Luo, Q.Meng, Q.Shen, T.Toyoda
    • Organizer
      18^<th> International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
    • Place of Presentation
      Korea University (Seoul, Korea)
    • Year and Date
      2010-07-26
  • [Presentation] Photocatalytic activity of nanostructured titanium dioxide films combined with fine particles of vanadate glass2010

    • Author(s)
      T.Toyoda, K.Miyazato, A.Morishige, Q.Shen
    • Organizer
      18^<th> International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
    • Place of Presentation
      Korea University (Seoul, Korea)
    • Year and Date
      2010-07-26
  • [Presentation] Semiconductor quantum dot sensitized solar cells and photoexcited carrier dynamics2010

    • Author(s)
      T.Toyoda, Q.Shen
    • Organizer
      NIMS Conference 2010
    • Place of Presentation
      物質・材料研究機構(筑波、茨城)
    • Year and Date
      2010-07-13
  • [Presentation] Quantum dot sensitized-solar cells and ultrafast carrier dynamics2010

    • Author(s)
      T.Toyoda
    • Organizer
      5^<th> Forum on New materials
    • Place of Presentation
      Plazzo del Congressi (Montecatini Thema, Italy)
    • Year and Date
      2010-06-15

URL: 

Published: 2012-07-19  

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