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配向を制御したナノ構造体薄膜の作製とフレキシブル太陽電池への応用

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1750
補助金の研究課題番号 21J23273 (2021-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2021-2022)
応募区分国内
審査区分 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
研究機関京都大学

研究代表者

木村 考岐 (2021, 2023)  京都大学, エネルギー科学研究科, 特別研究員(DC1)

特別研究員 木村 考岐 (2022)  京都大学, エネルギー科学研究科, 特別研究員(DC1)
研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードナノ構造体 / ペロブスカイト太陽電池 / ナノ構造 / 酸化チタン
研究開始時の研究の概要

ペロブスカイト太陽電池は、シート上に作製することでフレキシブルかつ軽量な形状を得ることができる。しかし、シートの耐熱温度が比較的低いため、太陽電池を構成する半導体の結晶性を高めるための高温処理が行えず、発電効率が低くなるという課題がある。そこで、高温処理の代わりに、比較的低温で半導体の結晶方位を制御する手法を提案し、高効率なフレキシブル太陽電池の作製を目指す。

研究実績の概要

2種類の結晶構造の1次元ナノ構造体酸化チタンを透明導電性基板上に作製し、キャリア輸送特性の向上を目的とした他元素ドーピングを行った結果、一方の結晶構造では他元素ドーピングによりナノ構造体の形状が変化して一定以上のドープ率で1次元ナノ構造を維持することが難しいのに対して、もう一方の化学的安定性が比較的低い結晶構造ではナノ構造の形態に大きな変化が見られずより高いドーピング率を達成できることを確認した。次に、基板上の1次元ナノサイズ空間に金属ハライドペロブスカイト量子ドットをメニスカスを利用した方法で並べることを試みた。その結果、ナノサイズ空間外に並んだ量子ドットと比較して、ナノサイズ空間内に並んだ量子ドットでは著しい発光強度の増加が確認された。また、別の1次元ナノ構造をもつ酸化チタン内部の1次元ナノサイズ空間内に金属ハライドペロブスカイト結晶を合成し、1次元ナノ構造をもつペロブスカイト結晶を作製したところ、得られた酸化チタン/ペロブスカイト結晶の複合材料では、1次元ナノ構造同士の接触がペロブスカイト結晶で生成された光励起キャリアをより効率的に酸化チタンへ移動することが確認された。
近年、軽量でフレキシブルな太陽電池としてペロブスカイト太陽電池が注目されている。ペロブスカイト結晶構造をもつ光吸収層と電子輸送層として働く金属酸化物半導体層の内部及び界面でのエネルギー損失や劣化は、太陽電池の性能を低下させる要因となる。本研究では、1次元ナノ構造を導入することで、キャリア移動やエネルギー移動の効率化に対して一定の成果が得られた。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] University of Bordeux(フランス)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Chiral Perovskite Nanocrystal Growth inside Helical Hollow Silica Nanoribbons2023

    • 著者名/発表者名
      Liu Peizhao、Battie Yann、Kimura Takaki、Okazaki Yutaka、Pranee Piyanan、Wang Hao、Pouget Emilie、Nlate Sylvain、Sagawa Takashi、Oda Reiko
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 23 号: 8 ページ: 3174-3180

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.2c04823

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Morphological Control of Niobium-Doped Titanium Dioxide Nanorod Arrays2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kimura, K. Hachiya, T. Sagawa
    • 雑誌名

      8th International Conference on Sustainable Energy and Environment

      巻: -

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Ligand-Free CsPbBr3@TiO2 Core-Shell Nanofibers with Enhanced Carrier Transport2023

    • 著者名/発表者名
      T. Kimura, K. Hachiya, T. Sagawa
    • 学会等名
      243rd ECS Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Morphological Control of Niobium-Doped Titanium Dioxide Nanorod Arrays2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kimura, K. Hachiya, T. Sagawa
    • 学会等名
      8th International Conference on Sustainable Energy and Environment
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 1次元ナノ構造酸化チタンとペロブスカイト結晶構造の複合2022

    • 著者名/発表者名
      木村考岐、蜂谷寛、佐川尚
    • 学会等名
      第68回 高分子研究発表会(神戸)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Crystal Structure and Niobium Doping on TiO2/SrTiO3 Heterostructured Nanorod Arrays2021

    • 著者名/発表者名
      Takaki Kimura, Hachiya Kan, Takashi Sagawa
    • 学会等名
      2021 MRS Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct Growth of Nb-doped Anatase and Rutile TiO2 Nanorod Arrays with High Orientation2021

    • 著者名/発表者名
      Takaki Kimura, Hachiya Kan, Takashi Sagawa
    • 学会等名
      Nano Thailand 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SrTiO3/TiO2ヘテロ構造ナノロッドアレイにおけるTiO2結晶構造の影響2021

    • 著者名/発表者名
      木村考岐、蜂谷寛、佐川尚
    • 学会等名
      第82回応用物理学会 秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ナノ構造無機半導体へのニオブドープと ペロブスカイト太陽電池への応用2021

    • 著者名/発表者名
      木村考岐、蜂谷寛、佐川尚
    • 学会等名
      第89回マテリアルズ・テーラリング研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-12-25  

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