| 研究課題/領域番号 |
19H02534
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
久保 貴哉 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任教授 (10447328)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 光電変換 / 赤外光電変換 / コロイド量子ドット / ZnOナノワイヤ |
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| 研究実績の概要 |
透明導電性薄膜上に形成したZnO緻密層上にZnOナノワイヤ（NW)を成長させた後に、PbSコロイド量子ドット（CQD)を充填して混合活性層を作製し、更に同一のCQDでオーバーコート層を構築し、最後にAu電極を成膜して太陽電池した。太陽電池のキャリア輸送に係る各層の影響を検討するために、R1年度に引き続き、セルの断面（積層方向）のポテンシャルプロファイルを、表面電位顕微鏡で検討した。混合活性層を使った太陽電池の高性能化の一つの要因として、オーバーコート層が重要な役割を担っていることが明らかになり、今後の太陽電池の高性能化の新しい検討指針となった。
混合活性層の基本骨格を担うZnONWの高品質化についても、検討を行った。O2、N2、H2雰囲気下で熱アニール処理を行い、可視発光挙動の変化を詳細に調べることで、ZnO中の酸素欠損と格子間Zn由来の欠陥準位が、キャリア輸送挙動（光電変換特性）に影響すること、特に、酸素欠損が主要因であることが判明した。また、酸素下500℃でZnONWを処理すると、欠陥低減に効果的であることも明らかになった。ラマン散乱分光法により、酸素下500℃でアニール処理したZnONWでは、電子伝導の散乱因子となる電子格子相互作用が、他のアニール条件で処理したZnONWよりも弱いことも分かった。
液相リガンド交換法で作製したコロイド量子ドット層に、適当な条件でアニール処理を施すと、量子ドット層の緻密化とパシベーション効果が促進し、キャリア輸送特性を改善できることを見出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度に研究を進める中で、当初予定していた評価システム構築作業を中断し、ZnOナノワイヤと量子ドットの混合層の構造の詳細検討を重点的に取り組んできた。一方、令和2年度後半で、光電変換素子内部でのキャリア物性に係る評価システムを短時間で構築することができた。よって、全体として、当初計画を概ね順調に進めることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
R3年度は、ZnOナノワイヤの高品質化並びに、混合活性層中の量子ドット層の緻密化や表面欠陥低減などキャリア輸送の高効率化の観点から、主として混合活性層の高性能化研究にポイントを絞ることで、ナノヘテロ界面構造制御の研究推進を図る。以下に具体的な内容を示す。
・ZnOナノワイヤを合成したままの状態では、複数の欠陥が含まれており、とりわけ、酸素欠損が電子輸送に影響することをR2年度に明らかにした。また、酸素雰囲気で、500℃程度のアニール処理を行うと、酸素欠損低減に有効であることも明らかにした。そこで、今後は詳細にアニール条件検討を行うと共に、酸素欠損に由来する欠陥サイトを抑制するための、比較的温和な条件で行える化学処理などを検討し、ZnOナノワイヤの高品質化を加速する。
・液相リガンド交換を行ったコロイド量子ドットをZnO緻密層に成膜し、単純積層構造を作製した後、適当な条件でアニ処理を施すと、量子ドット層の緻密化とリガンドによるパシベーションが促進することをR2年度に見出した。R3年度は、これまでの知見を活用し、液相リガンド交換コロイド量子ドットとZnOナノワイヤで混合活性層を構築し、従来の固相リガンド交換法で作製した混合活性層に対する優位性を実証する。
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