| 研究課題/領域番号 |
20H02851
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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 | 東京都市大学 |
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研究代表者 |
石川 亮佑 東京都市大学, 付置研究所, 准教授 (50637064)
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| 研究分担者 |
坪井 望 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70217371)
星 裕介 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (70748962)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
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| キーワード | 原子層薄膜 / 太陽電池 / ヘテロ接合 / CVD成長 / 原子層材料 / 薄膜太陽電池 / TMDC / グラフェン / 多接合太陽電池 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の概要は、「原子層材料を用いた究極の薄膜太陽電池の開発」である。本研究課題の特徴は、層数によってバンドギャップが異なることが知られる原子層材料を積層化することで多接合太陽電池を作製することにある。また多接合化におけるトンネル接合層としてグラフェンを用いることを提案する。具体的には①原子層ヘテロ接合太陽電池の動作原理の解明、②原子層薄膜の大面積合成法の確立、③多接合化による高電圧セルの開発の課題を解決することによって究極の薄膜太陽電池を開発し、IoTデバイスやウェアラブルデバイス応用など多様性に適応するために軽量でフレキシブルかつ意匠性にも優れた太陽電池を実現する研究である。
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| 研究成果の概要 |
原子層ヘテロ接合太陽電池の動作原理の解明においては、まずGaSe/MoSe2の微小ヘテロ接合サンプルを用いて太陽電池特性と光照射強度依存性を評価した。続いてWSe2/MoS2の微小ヘテロ構造を作製し、基礎光学特性を調べることでねじれ角と層間励起子の熱活性化エネルギーに相関があることを明らかにした。原子層薄膜の大面積合成法の確立ではMo薄膜のプラズマ硫化法および2ゾーン加熱CVD法によるMoS2成長を試み、数cmサイズのMoS2薄膜成長を実現した。その他に反応性スパッタリング法によるMoS2とWS2の成長法も確立した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
GaSe/MoSe2やWSe2/MoS2の原子層ヘテロ接合微小デバイスの基礎光学特性の理解は原子層科学の根本的な理解につながる。特にヘテロ接合におけるねじれ角の光学特性に及ぼす影響についての理解は学術的にも実用的にも重要であると考える。2ゾーン管状炉による大面積MoS2成長は原子層太陽電池の実現には有効な製膜技術であるが、プラズマ硫化と反応性スパッタによる原子層薄膜の成長も今後の多様な原子層材料の太陽電池応用を考えると非常に貴重な知見であると考える。
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