| 研究課題/領域番号 |
19H02822
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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 | 甲南大学 |
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研究代表者 |
池田 茂 甲南大学, 理工学部, 教授 (40312417)
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| 研究分担者 |
櫻井 岳暁 筑波大学, 数理物質系, 教授 (00344870)
野瀬 嘉太郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (00375106)
和田 隆博 龍谷大学, 先端理工学部, 教授 (20309115)
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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 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2021年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | 半導体光電極 / 太陽エネルギー変換 / 水分解水素製造 / 化合物半導体 / バルクおよび表面修飾 / 光電極 / 水分解水素発生 / 単結晶 / 人工光合成 / CuGaSe2単結晶 / 面方位制御 / 二酸化炭素の還元 / 水の分解 / エネルギー変換 / バルク物性制御 / シングルクリスタル / 欠陥・構造制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高効率な光電気化学的太陽エネルギー変換を実現するため、化合物半導体単結晶を利用した光電極を作製する。CuGaSe2を例として、第一原理計算、化学ポテンシャル図等を併用した理論的解析により、欠陥の種類と安定性を明らかにし、これらに基づいて、単結晶をベースとする光電極を精密合成する。また、各種分析法によってバルクおよび表面・界面の物性を評価・フィードバックしてさらなる高機能化をはかる。
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| 研究成果の概要 |
太陽エネルギーの化学エネルギーへの変換反応における高機能光電極の設計指針を得るため、バルク物性の制御や評価が行える単結晶試料をベースとするp型半導体光電極について、CuGaSe2化合物をモデルとして作製し、これを使った水分解水素発生を実証した。さらに、いくつかの異なる露出結晶面をもつCuGaSe2単結晶電極の特性評価から、結晶面によってその表面にCu不足層が形成され、そのことが光電極特性を向上させるという結果を得た。これを踏まえて、CuGaSe2薄膜光電極についてCDLを導入する効果を検討した結果、CDLによって水分解水素発生特性が大きく向上することを実証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
太陽光を使った水分解水素製造は、化石資源を用いない水素製造法として注目される。我々が現在活用できる技術は、太陽光発電と水電解（PV+PEC）を組み合わせた方式であるが、設備等のコストに大きな課題がある。光電極による水分解は、一段で太陽光と水から水素を製造する技術であり、コスト面でPV+PECに比べて圧倒的に有利である。本研究では、そのような光電極の水素発生機能を向上でせるための電極設計指針を提案し、また、実際に高機能光電極が得られることも実証した。水分解水素製造技術とするには、酸素発生側の電極との接合が必要であるため、現在電極特性のさらなる向上と合わせて継続的に研究を進めている。
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