複合ナノロッドを用いた光電変換デバイス

• Project Area: Strong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions
• Project/Area Number: 21020018
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 今堀 博 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (90243261)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2010: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2009: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: ナノリソグラフィー / テンプレート法 / 複合ナノロッド / バルクヘテロ接合 / ナノ光電変換素子 / 誘電泳動 / 光電流応答 / 太陽電池 / テンプレート / 有機 / 無機複合 / ナノロッド / チナフェン / I-V特性 / 走査型電子顕微鏡 / 共焦点顕微鏡

Research Abstract

デバイスの高性能化に伴い、デバイスの大きさはますます小さくなってきている。そのようなデバイスを作製するためには、高分解能のナノリソグラフィーが必要となってきている。しかしながら、現在の電子ビーム、ディプペン、イオンビーム、ナノインプリントリソグラフィーでは、解像度、コスト、一般性などの面で十分ではない。たとえば、ナノエレクトロニクスの開発には、20ナノメートルのギャップの電極間にナノ材料を精密に橋渡しし、電気特性を発現させる必要があるが、現状では困難である。マーキンらは、テンプレート法に着目し、ナノ細孔を持ったテンプレート内に電気化学的に、異種の金属を成長させる方法を開発した。これは、金属だけでなく、有機・無機複合ナノロッドを作製することにも適用できる。そこで両端に金属ナノロッドを配置し、中央部に光電荷分離を担うバルクヘテロ接合型ナノロッドを挟み込めば、光と分子を強く相互作用させ、高効率なナノ光電変換素子を開発できるのではないかという着想に至った。ナノロッドの作製は既報のテンプレート法により以下の手順で行った。まず、市販の陽極酸化アルミニウムテンプレートの片面に銀を蒸着し、さらに銀を電析させ基板層を形成した。次に、金を電析させ第一層を形成後、3-ヘキシルチオフェンとチオフェンを有するフラーレンを電解共重合させ第二層を形成し、さらに金を電析した。その後、濃硝酸で銀基板層、水酸化ナトリウム水溶液でテンプレートを溶解させることで、ナノロッドを分離した。得られたナノロッドは透過型電子顕微鏡法などで構造評価を行った。さらに櫛形電極間に誘電泳動により複合ナノロッドを橋渡しし、光照射下でナノロッドの電気特性を評価したところ、光電流応答を観測することに成功した。

Research Products

• [Journal Article] Good Solvent Effects of C_<70> Cluster Formations and Their Electron-Transporting and Photoelectrochemical Properties (2010)
  • Author(s): N.Tezuka, T.Umeyama, H.Imahori, et al.
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B Volume: 114 Pages: 14287-14297
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] One-Dimensional Nanostructured Semiconducting Materials for Organic Photovoltaics (2010)
  • Author(s): H.Imahori, et al.
  • Journal Title: J.Phys.Chem.Lett. 1 Pages: 1020-1025
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Electrode Structures on Photoelectrochemical Properties of ZnO Electrodes Modified with Porphyrin-Fullerene Composite Layers with Intervening Fullerene Monolayer (2009)
  • Author(s): H.Imahori, et al.
  • Journal Title: J.Phys.Chem.C 113 Pages: 10798-10806
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Organic Thin-Film Solar Cell Using Electron-Donating Perylene Tetracarboxylic Acid Derivatives (2009)
  • Author(s): H.Imahori, et al.
  • Journal Title: J.Phys.Chem.C 113 Pages: 15454-15466
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Rational Molecular Design for Efficient Solar Energy Conversion (2010)
  • Author(s): H.Imahori
  • Organizer: 18th International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy (IPS18)
  • Place of Presentation: ソウル、韓国(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-26
• [Presentation] Molecular Engineering for Highly Efficient Organic Solar Cells (2009)
  • Author(s): H.Imahori
  • Organizer: The 4th Korea-Japan Bilateral Workshop on Dye-Sensitized and Organic Solar Cells
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2009-08-24
• [Book] 人工光合成と有機太陽電池 (2010)
  • Author(s): 今堀博(分担)
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 化学同人
• [Book] Bottom-up Nanofabrication (2009)
  • Author(s): H.Imahori, T.Umeyama
  • Total Pages: 27
  • Publisher: American Scientific Publishers