研究課題
赤外領域の光電変換に有利な，PbS量子ドット（QD）とZnOナノワイヤ(NW)の混合層上に，同種のPbS QD層（上部QD層）を介してAu電極を形成した太陽電池（NW型）に着目し，近赤外領域における光電変換特性を検討してきた．H30年度は，PbSQDとZnO，混合層と上部QD層の接合界面などのエネルギー状態を理解することに注力した．そこで，「ヘテロ接合界面の表面電位変化の直接観測」と「量子ドットのエネルギー準位依存性」について検討した．主な研究成果を以下に示す．NWの代わりにZnO緻密層を使い，その上にQD層を積層した太陽電池（平坦型）では，光励起した電子が，Au電極側に逆拡散するため，太陽電池特性が著しく低下する．そのため，電子ブロッキング層の挿入が不可欠である．ところが，NW型では，その挿入は必須ではない．この要因を解明するため，NW型太陽電池の断面方向の表面電位を，表面プローブ顕微鏡で評価した．1000nm程度の厚さの積層構造に対して，表面電位を測定するために，数nm程度の平坦性を有する断面作製などサンプル調製の工夫を行った．表面電位は，透明導電性膜（FTO)／混合層／上部QD層の積層構造に対し，FTOのみを短絡させて（開放電圧状態），測定した．光照射時と暗状態で表面電位は，FTO電極から対極側に向かい正方向に増加した．特に興味深い点は，光照射時に混合層と上部QD層の界面でステップ状の電位変化が起こることである．NW型では，混合層のPbSQD部分で光励起した電子が速やかに，ZnOの伝導帯下端に移動するため，上部QD層が電子ブロッキング層の役割を果たしたため，混合層と上部QD層界面で電荷蓄積が生じたものと考えられる．以上より，NW型太陽電池の特徴であるPbSQDとZnONWのハイブリッド構造をうまく制御できたことが，赤外領域での高効率発電を可能にした主要因と考えられる．
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Solar Energy Materials and Solar Cells
巻: 195 ページ: 220～227
10.1016/j.solmat.2019.03.011
