| 研究課題/領域番号 |
19H04324
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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64050:循環型社会システム関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
横山 俊 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30706809)
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| 研究分担者 |
伊藤 隆 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (40302187)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2019年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 銅 / ナノワイヤ / 太陽電池 / 透明導電膜 / アスペクト / 酸化 / 被覆 / 酸化亜鉛 / アンモニア / 耐久性 / 銅ナノワイヤ / 表面制御 / ZnO被覆 / クエン酸 / ガルバニック置換反応 / 銀 / 透過率 / シート抵抗 / ガルバニック置換 / ヒドロキシ酸 / 酸化インジウムスズ / アスペクト比 / 還元反応速度 / 液相還元 / Cuナノワイヤ / 液相還元法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
酸化インジウムスズは、太陽電池の透明導電膜として使用されているが、Inの希少性や毒性の観点から、Cuナノワイヤへの代替が検討されている。しかし、Cuナノワイヤは酸化により、安定性が低く、従来法で合成されたCuナノワイヤは実用化に耐えうる特性を発現できていない。代表者はこれまで低環境負荷な手法を基礎として、Cuナノ材料の合成・表面制御法を開発している。そこで、本技術をナノワイヤへ応用、展開し、高性能・高耐久なCuナノワイヤ透明導電膜を低コストに創出し、太陽電池の低コスト・高効率化を試みる。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、銅ナノワイヤを用いて低コスト・高性能・高耐久な透明導電膜の創製とその太陽電池応用を目的とした。代表者の開発した低環境負荷なナノワイヤの合成法において、透明導電膜の性能を決定するナノワイヤの縦横(アスペクト)比を130から最大760まで増加させることに成功し、ナノワイヤ透明導電膜の性能をITOと同程度まで向上することに成功している。更に、銅ナノワイヤは酸化しやすく大気中において性能は即座に劣化することから、低環境な手法による銀や金属酸化物の被覆手法を開発したことで、耐久性も向上し、高温高湿条件下において300時間以上の耐久性を発現させることに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
太陽電池の透明導電膜として酸化インジウムスズ(ITO)が主に使用されるが、Inの希少性や毒性の観点から、代替材料の開発が急務であるが、未だITOより優れる材料はない。その中で、銅ナノワイヤは潜在的に高性能が予測され、低コストであることから代替が期待されている。銅ナノワイヤの低コストおよび性能を引き出すには、低コストな合成法においてナノワイヤのアスペクト比を増加させることに加え、ナノワイヤの表面酸化による性能低下を抑制することが必要不可欠であった。そこで、本研究では代表者が独自に開発した合成において、アスペクト比増加と低コストな表面被覆法を開発し、銅ナノワイヤの問題点を克服することに成功した。
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