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バルク物性の精密制御による高活性p型化合物半導体光電極の開発

公募研究

研究領域光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製
研究課題/領域番号 18H05183
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関甲南大学

研究代表者

池田 茂  甲南大学, 理工学部, 教授 (40312417)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード化合物半導体 / バルク結晶 / 単結晶 / 光電極 / 人工光合成 / 欠陥制御 / 結晶性 / 太陽光水分解 / 光触媒および光電極 / バルク物性の制御 / 表面の高機能化
研究実績の概要

半導体材料におけるバルク物性は半導体内に生成したキャリアの拡散長を決定する因子である。そのような半導体をベースとする光電極の高機能化では、表面での触媒プロセスの制御に加えて、キャリア拡散長が十分に大きい半導体材料を得ることがきわめて重要である。光電極として有望な多元素化合物からなる半導体では、構成元素の不定比性が欠陥準位の種類や量を決定し、キャリア拡散長はそれらの物性に強く依存する。そのため、光カソードとして高機能化するには、これらの欠陥を定量的に制御することが必要となる。このような観点から、本研究では、計算科学や熱力学理論から予測される欠陥構造とその制御方法に基づいて、バルク結晶をベースとする化合物粉末および薄膜を作製することで、光物性を決定する重要な因子であると考えられる結晶内のバルク物性が精密に制御された、高機能な光触媒および光電極を得ることを目的としている。令和元年度および令和2年度(繰越分、6月まで)では、Cu2ZnSnS4薄膜光電極の元素置換によるCO2光還元反応に対する機能発現の実証、酵素-光触媒ハイブッド電極によるCO2還元反応の実証、酸素発生光触媒であるBiVO4粉末へのキャリアダイナミクス解析、および、CuGaSe2バルクおよび単結晶をベースとしたp型光電極の作成手法の開発を主要な成果として得た。その他関連する研究結果を含むこれらの成果については、国際誌への論文投稿(4件)、関連研究に関する国内および海外での学会(5件)にて対外発表を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 4件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 8件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Tailored Photoluminescence Properties of Ag(In,Ga)Se2 Quantum Dots for Near-Infrared In Vivo Imaging2020

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kameyama, Hiroki Yamauchi, Takahisa Yamamoto, Toshiki Mizumaki, Hiroshi Yukawa, Masahiro Yamamoto, Shigeru Ikeda, Taro Uematsu, Yoshinobu Baba, Susumu Kuwabata, Tsukasa Torimoto
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 3 号: 4 ページ: 3275-3287

    • DOI

      10.1021/acsanm.9b02608

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photocarrier Recombination Dynamics in BiVO4 for Visible-Light Driven Water Oxidation2020

    • 著者名/発表者名
      I. Abdellaoui, M.M. Islam, M. Remeika, Y. Higuchi, T. Kawaguchi, T. Harada, C. Budich, T. Maeda, T. Wada, S. Ikeda, and T. Sakurai
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 124 号: 7 ページ: 3962-3972

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b10621

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Photocathode Characteristics of a Spray-Deposited Cu2ZnGeS4 Thin Film for CO2 Reduction in a CO2-Saturated Aqueous Solution2019

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Shigeru、Fujikawa Shotaro、Harada Takashi、Nguyen Thi Hiep、Nakanishi Shuji、Takayama Tomoaki、Iwase Akihide、Kudo Akihiko
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 2 号: 9 ページ: 6911-6918

    • DOI

      10.1021/acsaem.9b01418

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoelectrochemical CO2 Reduction to Formate with the Sacrificial Reagent Free System of Semiconductor Photocatalysts and Formate Dehydrogenase2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Ishibashi, Masanobu Higashi, Shigeru Ikeda, Yutaka Amao
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: 11 号: 24 ページ: 6227-6235

    • DOI

      10.1002/cctc.201901563

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Growth of CuSbS2 Single Crystal as an Environmentally Friendly Thermoelectric Material2019

    • 著者名/発表者名
      Nagaoka Akira、Takeuchi Manato、Yoshino Kenji、Ikeda Shigeru、Yasui Shintaro、Taniyama Tomoyasu、Nishioka Kensuke
    • 雑誌名

      physica status solidi (a)

      巻: 216 号: 15 ページ: 1800861-1800861

    • DOI

      10.1002/pssa.201800861

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Environmentally friendly Cu2ZnSnS4-based photocathode modified with a ZnS protection layer for efficient solar water splitting2019

    • 著者名/発表者名
      Wang Kang、Huang Dingwang、Yu Le、Gu Huaimin、Ikeda Shigeru、Jiang Feng
    • 雑誌名

      Journal of Colloid and Interface Science

      巻: 536 ページ: 9-16

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2018.10.032

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Light-driven CO2 Reduction to Formic Acid with a Hybrid System of Biocatalyst and Semiconductor Based Photocatalyst2018

    • 著者名/発表者名
      Ishibashi T.、Ikeyama S.、Ito M.、Ikeda S.、Amao Y.
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 47 号: 12 ページ: 1505-1508

    • DOI

      10.1246/cl.180731

    • NAID

      130007534746

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photoelectrochemical Reduction of CO2 to CO Using a CuGaS2 Thin-film Photocathode Prepared by a Spray Pyrolysis Method2018

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Shigeru、Tanaka Yuta、Kawaguchi Takato、Fujikawa Shotaro、Harada Takashi、Takayama Tomoaki、Iwase Akihide、Kudo Akihiko
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 47 号: 11 ページ: 1424-1427

    • DOI

      10.1246/cl.180720

    • NAID

      130007504931

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Over 1% Efficient Unbiased Stable Solar Water Splitting Based on a Sprayed Cu2ZnSnS4 Photocathode Protected by a HfO2 Photocorrosion-Resistant Film2018

    • 著者名/発表者名
      Huang Dingwang、Wang Kang、Yu Le、Nguyen Thi Hiep、Ikeda Shigeru、Jiang Feng
    • 雑誌名

      ACS Energy Letters

      巻: 3 号: 8 ページ: 1875-1881

    • DOI

      10.1021/acsenergylett.8b01005

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural and electric properties of CuSbS2 compound semiconductor bulk crystals2018

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Shigeru、Kawaguchi Takato、Koda Yuriko、Iiyama Naoki、Harada Takashi、Nakanishi Shuji、Nakatsuka Shigeru、Nose Yoshitaro
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 8S3 ページ: 08RC09-08RC09

    • DOI

      10.7567/jjap.57.08rc09

    • NAID

      210000149514

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Zirconium Doping Into a Monoclinic Scheelite BiVO4 Crystal on Its Structural, Photocatalytic, and Photoelectrochemical Properties2018

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Shigeru、Kawaguchi Takato、Higuchi Yui、Kawasaki Naoto、Harada Takashi、Remeika Mikas、Islam Muhammad M.、Sakurai Takeaki
    • 雑誌名

      Frontiers in Chemistry

      巻: 6 ページ: 266-266

    • DOI

      10.3389/fchem.2018.00266

    • NAID

      120007133960

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] CuGaSe2単結晶を用いた光電極での水の光電気化学的還元反応2020

    • 著者名/発表者名
      藤田わかば, 勝部涼司, 野瀬嘉太郎, 吉野賢二, 池田 茂
    • 学会等名
      第9回JACI/GSCシンポジウム(オンライン)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Cu(InGa)Se2バルク結晶のオフストイキオメトリー制御と物性2019

    • 著者名/発表者名
      藤田わかば, 勝部涼司, 野瀬嘉太郎, 吉野賢二, 池田 茂
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Recombination mechanism in BiVO4 photocatalyst studied by photoluminescence2019

    • 著者名/発表者名
      I. Abdellaoui, K. Tajima, T. Kawaguchi, S. Ikeda, M. M. Islam, T. Sakurai
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of a CuGaSe2 bulk crystal and its photoelectrochemical properties2019

    • 著者名/発表者名
      W. Fujita, T. Wada, K. Yoshino, Y. Nose, T. Harada, S. Ikeda
    • 学会等名
      International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ICARP2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Photoelectrochemical CO2 reduction over a spray-deposited Cu2ZnGeS4 thin film photocathode2019

    • 著者名/発表者名
      K. Mizutani, S. Fujikawa, T. Harada, S. Nakanishi, T. Takayama, A. Iwase, A. Kudo, S. Ikeda
    • 学会等名
      International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ICARP2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Highly active Zr-doped BiVO4 photocatalyst for O2 evolution obtained by a solution route2019

    • 著者名/発表者名
      H. Yui, I. Abdellaoui, M. M. Islam, T. Sakurai, S. Ikeda
    • 学会等名
      International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ICARP2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 化合物半導体を用いた太陽光-水素エネルギー変換2019

    • 著者名/発表者名
      池田 茂
    • 学会等名
      「元素の起源に関する探求プロジェクト」特別公開講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cu(InGa)Se2バルク結晶を利用した光電極の作製2019

    • 著者名/発表者名
      池田 茂, 藤田わかば, 川口誉人, 原田隆史, 永岡 章, 吉野賢二
    • 学会等名
      第123回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 光電気化学エネルギー変換への応用を目的とするCuGaSe2バルク結晶の合成2019

    • 著者名/発表者名
      藤田わかば, 川口誉人, 竹内麻奈人, 吉野賢二, 野瀬嘉太郎, 原田隆史, 池田 茂
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Impacts of Zr-doping into Crystalline Lattices of BiVO4 Powder and Thin Film on Their Photocatalytic and Photoelectrochemical Activities2019

    • 著者名/発表者名
      T. Kawaguchi, Takashi Harada, Y. Higuchi, N. Kawasaki, T. Harada, M. Remeika, M. M. Islam, T. Sakurai, S. Ikeda
    • 学会等名
      International Symposium on Solar Energy Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Silver-incorporated Cu2ZnSnS4 Thin film Utilized for Solar Cells and Photoelectrochemical Water Splitting2019

    • 著者名/発表者名
      T. Kawaguchi, T. H. Nguyen, T. Harada, S. Nakanishi, M. Higashi, R. Abe, and S. Ikeda
    • 学会等名
      International Symposium on Solar Energy Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Silver-incorporated Cu2ZnSnS4 Thin film as An Absorber for Solar Cells and A Cathode for Photoelectrochemical Water Splitting2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kawaguchi, T. H. Nguyen, T. Harada, S. Nakanishi, M. Higashi, R. Abe, and S. Ikeda
    • 学会等名
      NMC2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Impacts of Zr-doping into Crystalline Lattices of Bismuth Vanadate Powder and Thin Film on Their Photocatalytic and Photoelectrochemical Properties2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kawaguchi, Y. Higuchi, N. Kawasaki, T. Harada, M. Remeika, M. M. Islam, T. Sakurai, S. Ikeda
    • 学会等名
      NMC2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Solar Cell and Photoelectrochemical Properties of Cu2ZnSnS4 Thin Films Fabricated by Wet Chemical Techniques2018

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda, F. Jiang, T. H. Nguyen, T. Harada
    • 学会等名
      NMC2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Characterization of Ag-incorporated Cu2ZnSnS4 Thin Films as Phoabsrobers for Photovoltaic and Photoelectrochemical Water Reduction2018

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda, T. H. Nguyen, T. Kawaguchi, T. Harada, S. Nakanishi, M. Higashi, R. Abe
    • 学会等名
      TOCAT8
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photocatalytic and Photoelectrochemical Properties of Zirconium-doped Bismuth Vanadate2018

    • 著者名/発表者名
      T. Kawaguchi, Y. Higuchi, N. Kawasaki, T. Harada, M. Remeika, M. M. Islam, T. Sakurai, S. Ikeda
    • 学会等名
      TOCAT8
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thin Tilm Solar Cells Prepared by Chemical Routes2018

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda, T. H. Nguyen, and T. Harada
    • 学会等名
      CIMTEC 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-12-27  

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