| 研究課題/領域番号 |
19H02810
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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研究代表者 |
伊崎 昌伸 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30416325)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
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| キーワード | 銅酸化物 / 光電気化学 / 積層体 / ナノ構造体 / 光電変換 / 光カソード / 電気化学 / ナノ混合体 / 量子効率 / エネルギー変換 / 水素生成 / 熱力学 / 水素生成光カソード / Cu2O / CuO / 光電流密度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
CO2排出量の大幅削減に資する太陽光活用水分解水素生成用高効率光カソードとして適用可能なCuOとCu2Oから構成される積層体・ナノ混合体・超格子ならびにその電気化学製膜法を実現する。電位制御によりCuOとCu2Oを作り分けることができる新規なCu-錯体水溶液を熱力学に立脚して提案・実証し、光電気化学パルス堆積法により積層体からナノ混合体・超格子まで構築する。これにより、大きな光電流密度を実現すると共に、キャリア輸送特性と光カソード特性の定量的解析からナノ構造化効果を解明し、高効率化の指針を明確にする。さらに、電気化学的に表面保護酸化物層を選定・形成し、光カソード安定性を向上させる。
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| 研究成果の概要 |
1.5eV-p-CuOと2.1eV-p-Cu2Oから構成される光カソード（積層体・ナノ混合体）を、光・電気化学反応によって形成し、優れた光電変換機能を実現すると共に、積層体化効果を明確にした。電気化学製膜と大気酸化により形成したCuO/Cu2O積層体において両層が光電変換機能を有することを示したが、半導体品質の重要性が明らかとなった。また、Cu-酒石酸錯体水溶液系から電位スイッチングによりCuO, Cu2O単層ならびにそれらの積層体を形成し、Cu2O/CuO積層体において外部量子効率約90%の優れた光電変換機能を実現するとともに、内蔵電解ならびにキャリア輸送特性の重要性を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により銅酸化物積層体が広い波長範囲の光に対して光電変換機能を有し、高い外部量子効率が実現できること、低コストで拡張性の高い水溶液電気化学プロセスにより形成できることを明らかにした。バンドギャップの異なる複数のp型半導体を含有することは、光カソードや太陽電池用光電変換層において高効率化のための重要な要件であり、従来とは異なるp型半導体層の直接接合型という新規な概念によりその有効性を実証したことは極めて重要である。本研究成果は高効率太陽電池ならびに高効率光電気化学水分解水素生成用光電極の高性能化に直結する成果であり、CO2フリー社会の実現に向けて社会的インパクトは非常に大きい。
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