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2017 年度 実績報告書

銅アンチモン、銀アンチモン硫化物薄膜の精密合成と太陽光エネルギー変換への応用

研究課題

研究課題/領域番号 15H03850
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) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード銅(銀)アンチモン硫化物 / 不定比性 / バルク物性制御 / 光機能材料
研究実績の概要

光機能材料として期待されている銅(あるいは銀)、アンチモン、硫黄からなるCu(Ag)-Sb-S化合物の基礎物性は十分に分かっておらず、さまざまな組成(Cu(Ag) / Sb / S含有比率)をもつバルク固体や薄膜も得られていない。本研究の第1の目的は、このようなCu(Ag)-Sb-S化合物の中でも、高い光起電力が期待されるワイドギャップ材料(1.6~1.8 eV)であるCuSbS2、Cu12Sb4S13、AgSbS2、Ag3SbS3化合物に着目して、それらの単相バルク固体と薄膜を精密合成し、構造と物性との関係を明らかにすることである。第2の目的は、得られる基礎的な知見に基づいて太陽エネルギー変換デバイスを作製し、高機能化を実現することである。本年度は前年度まで実施してきたCuSbS2を中心に物性評価をさらに深化させるとともに、この材料の光機能性材料としての機能評価を行った。物性に関しては、光学特性(バンドギャップおよび電子エネルギー構造)については不定性は大きな影響を与えないこと、熱力学的にはCu過剰、S不足組成をとる傾向があることが明らかになった。前年度までの物性評価で良好な物性となると期待されたCu不足(Sは量論組成あるいは過剰側)組成を得ることがきわめて難しく、極力化学量論組成に近い組成を得ることが本材料では最適な組成の選択となるとの結論に至った。光機能として、粉末系の光触媒反応、すなわち、還元剤存在下での水素発生を評価した結果、高機能化を果たすことはできなかった。バルク機能を反映させるには本材料に特化した表面特製の制御が必要であることが示唆された。なお、他の材料については詳細な検討まで至らなかったが、AgSbS2、Ag3SbS3のAg系化合物はn型の半導体特性を示したとから、光機能デバイスとしては、n型に有利な構造を選択する必要があることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Structural and Solar Cell Properties of a Ag-Containing Cu2ZnSnS4 Thin Film Derived from Spray Pyrolysis2018

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Thi Hiep、Kawaguchi Takato、Chantana Jakapan、Minemoto Takashi、Harada Takashi、Nakanishi Shuji、Ikeda Shigeru
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      巻: 10 ページ: 5455~5463

    • DOI

      10.1021/acsami.7b14929

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoelectrochemical Water Reduction over Ag-Alloyed Wide Gap Cu(In,Ga)S2 Thin Film Photocathodes2017

    • 著者名/発表者名
      W. Septina, M. Sugimoto, D. Chao, Q. Shen, S. Nakatsuka, Y. Nose, T. Harada, S. Ikeda
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 19 ページ: 12502-12508

    • DOI

      10.1039/C7CP01348E

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of TiCl4 Treatment on Structural and Electrochemical Properties of a Porous TiO2 Layer in CH3NH3PbI3 Perovskite Solar Cells2017

    • 著者名/発表者名
      H. K. Adli, T. Harada, S. Nakanishi, S. Ikeda
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.,

      巻: 19 ページ: 26898-26905

    • DOI

      10.1039/C7CP04132B

    • 査読あり
  • [学会発表] Cu2ZnSnS4薄膜太陽電池・光電極へのAg添加効果2018

    • 著者名/発表者名
      川口誉人, Nguyen Thi Hiep, 原田隆史, 中西周次, Chantana Jakapan, 峯元高志, 池田 茂
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] CuSbS2単結晶成長と基礎物性評価2018

    • 著者名/発表者名
      竹内麻奈人, 永岡 章, 池田 茂, 吉野賢二
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Effects of Ag Incorporation of in the Cu2ZnSnS4 Thin Film on its Photovoltaic and Photoelectrochemical Performances2018

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda, T. H. Nguyen, T. Kawaguchi, T. Harada, S. Nakanishi, J. Chantana, T. Minemoto
    • 学会等名
      Symposium on Nanomaterials for Environmental Purification and Energy Conversion
    • 国際学会
  • [学会発表] 多元系化合物半導体を用いた太陽光-水素エネルギー変換,2018

    • 著者名/発表者名
      池田 茂
    • 学会等名
      65回応用物理学会春季学術講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural and Electric Properties of CuSbS2 Compound Bulk Crystal2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kawaguchi, N, IIyama, Y. Koda, T. Harada, S. Nakanishi, S. Nakatsuka, Y. Nose, S. Ikeda
    • 学会等名
      27th Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-27)
    • 国際学会
  • [学会発表] Growth and Characterization of Copper Antimony Sulfide Crystals2017

    • 著者名/発表者名
      M Takeuchi, A. Nagaoka, S. Ikeda, K. Yoshino
    • 学会等名
      27th Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-27)
    • 国際学会
  • [学会発表] 化合物半導体薄膜を用いた光電気化学水分解2017

    • 著者名/発表者名
      池田 茂
    • 学会等名
      第4回「半導体による太陽光―水素エネルギー変換技術研究会」
    • 招待講演
  • [学会発表] 光電気化学水分解による水素製造2017

    • 著者名/発表者名
      池田 茂
    • 学会等名
      新無機膜研究会第83回研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Surface-Modified Chalcogenide Thin Films as Efficient Photocathodes for Water Reduction2017

    • 著者名/発表者名
      S. Ikeda
    • 学会等名
      2017 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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