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本研究では、平成17年度と平成18年度に低温プラズマ処理法による酸化チタンナノ粒子の表面形態構造と表面化学組成のナノ構造制御を検討し、かつ、酸化チタンナノ粒子への種々イオン(Nなど)のイオン注入法を検討し、表面バンド構造制御技術を確立することを検討した。平成19年度は低温プラズマ・イオン注入法の両手法の最適化を検討した。
(1)低温プラズマ処理(2)イオン注入処理の実験から得られた知見を元に、低温プラズマ処理法・イオン注入法の連続処理を検討した。前者と後者の処理の順番を入れ替えたりすることも検討した。処理条件の最適化を検討した。(Arプラズマ/窒素イオン注入)複合処理を行ったTiO_2電極を用いて作製した太陽電池セルは、未処理のセルと比較して、短絡光電流(Jsc)が増大する傾向にあることが確認された。これは、チタニア内に形成される酸素欠陥が増大し、その酸素欠陥から生成する電子の余分な電子がN_<2p>軌道から形成される準位に入り、残りが伝導電子になる事により、キャリア数が増大し、Jscが増大したと考えられる。また、光電変換効率(η)は100及び200WでArプラズマ処理を行った場合では増大したが、50WでArプラズマ処理を行った場合では僅かながら減少する結果となった。(低温プラズマ/イオン注入)複合処理ではイオン注入単独処理とは異なる原因でJsc及びηの増大が起こったと考えられる。本研究で得られた結果をまとめると、(低温プラズマ/イオン注入)複合処理したチタニア表面バンド構造と太陽電池特性の関係を解明し、色素で光励起された電子のチタニアへの注入効率を促進し逆電子移動過程を起こさない表面バンド構造の構築技術を開発する指針を得た。
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