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太陽光の高効率な利用に向けて、量子ドット太陽電池の研究が活発に行われている。実用化へつなげるには、さらなる高効率化とPbやCdを用いない量子ドットの開発が課題となる。そこで、本研究ではZnSe-AgInSe2固溶体量子ドットの固溶体組成を変化させながら、エネルギーギャップの順に積み上げた量子ドット薄膜構造により、励起子を薄膜の電荷分離界面へエネルギー移動により集約する。エネルギーギャップの勾配に沿った、励起子の集約機構が太陽電池特性に与える影響について解明し、エネルギー変換効率の向上を目指す。このようなシステムで、従来の量子ドット太陽電池の問題点を解決することで、量子ドット太陽電池の高い理論変換効率に近づくことが期待される。
架橋分子を介した固溶体量子ドット積層構造の作製と、積層構造に依存した、励起エネルギー移動による発光増強および消光を確認した。この結果に基づき、作製した薄膜を電解質溶液中に浸漬させて、光を照射することで生じる光電流の観測と、積層構造との関係を調査した。発光増強が観測された積層構造であっても、電極側に向かって勾配を形成させた場合と、その構造では光電流の取り出し効率が大きく異なることが明らかになった。これはすなわち、励起子が指向性をもって集約されており、これを電荷分離界面に集約することにより電流増強を確認できたことを意味している。さらに、自在なエネルギー移動を可能にするため、新たな固溶体量子ドットの開発とその積層薄膜化についても取り組んだ。また、粒子内にエネルギー傾斜を形成させることにより、さらなる電荷の効率的な取り出しが可能になることも明らかにした。
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