| 研究課題/領域番号 |
12J11240
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 研究分野 |
ナノ構造科学
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| 研究機関 | 桐蔭横浜大学 |
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研究代表者 |
酒井 誠弥 桐蔭横浜大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2012 – 2013
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| 研究課題ステータス |
完了 (2013年度)
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| 配分額 *注記 |
1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
2013年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | 半導体複合化 / 酸化亜鉛 / 酸化チタン / 酸化マグネシウム / ハライド化鉛ペロブスカイト / Spiro-MeOTAD / 有機無機ハイブリッド太陽電池 / 増感型太陽電池 / 半導体 / 酸化亜鉛/酸化チタン / 酸化チタン/酸化マグネシウム / 色素増感太陽電池 / 全固体色素増感太陽電池 |
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| 研究概要 |
[研究目的]
増感型太陽電池内における複合型金属酸化物(酸化亜鉛, 酸化チタン, 酸化マグネシウム)の半導体物性を解明する。
[研究意義および重要性]
本研究は、酸化亜鉛(ZnO)や酸化チタン(TiO_2)、酸化マグネシウム(MgO)を簡易な化学処理によって複合化し、その半導体特性を評価するものである。さらに、ハライド化鉛ペロブスカイト化合物で増感させた複合型金属酸化物
半導体材料は、発光デバイスや透明導電性材料、太陽電池などに応用されている。半導体材料は、複合化させることで更にデバイス性能を向上できるものが多数あり、本研究のように半導体の複合化および特性評価をすることはデバイス応用の際には特に重要であり、半導体物性を解明することで他種の酸化物半導体への化学処理技術の応用も考えられる。その結果、より高出力なLEDやレーザー、低コスト透明導電性材料などへの技術応用が期待できる。
[研究内容および成果]
酸化亜鉛および酸化チタン複合半導体の半導体物性
ZnOに対してTiCl_4処理をすることでTiO2被覆ZnO半導体を作製した。この複合化半導体の特性として、電解質溶液中に含まれる電子受容体への逆方向電子移動を抑制していることが明らかとなった。また、半導体中の電子伝導帯の下端準位もTio2で被覆することでZnO単体と比較し、より高いエネルギー位置へとシフトしていることも示唆された。この二つの特性を同時に有することは非常にまれであり、優れた半導体材料であることが証明された。
酸化マグネシウムの効果
ZnO/TiO_2に絶縁体である金属酸化物MgOを被覆させ半導体特性を変化させた。これを色素増感太陽電池に応用し田結果、出力電圧値の向上に成功した。また、TiO_2にMgOを被覆させ形態変化を伴う界面構造の改善も発見することができた。このTiO_2/MgOは他の太陽電池やデバイスの電荷再結合抑制層として応用できる可能性がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の研究計画の目的は達成し、酸化チタン被覆酸化亜鉛多孔質半導体の電解液中および固体電解液界面での電荷輸送特性を評価することに成功した。さらに、太陽電池の高効率化として、ハライド化鉛ペロブスカイト化合物と複合型金属酸化物を組み合わせて太陽電池を作製し、複合型金属酸化物を用いた太陽電池として世界最高レベルの変換効率8%を達成した。
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| 今後の研究の推進方策 |
次世代の光電変換デバイスである有機無機ハイブリット型太陽電池には、透明導電性電極と光吸収材料および正孔輸送材料界面に緻密な半導体層が必須である。この緻密な半導体層を優れた半導体特性を示した酸化チタン/酸化亜鉛半導体で作製することで、セルの整流性を向上させることで高効率光電変換デバイスについて検討を行う。ただし、緻密層における酸化チタンと酸化亜鉛との複合化の方法に関しては更なる検討が必要である。
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