| 研究課題/領域番号 |
20K21135
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
深田 直樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA主任研究者 (90302207)
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| 研究分担者 |
J. Wipakorn 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (40748216)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| キーワード | グラフェン / シリコン / ナノワイヤ / 太陽電池 |
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| 研究実績の概要 |
異種基板上へのグラフェンの形成・成長法としては、剥離を利用したグラファイト結晶からの転写、化学気相堆積（CVD）法等による金属基板上への成長及びSiCの熱分解を利用した方法が研究されている。SiCの熱分解法においては、予め微細加工した基板を使用した結果も報告されているが、何れの場合も基本的には平坦な基板表面への形成・成長となっている。また、グラフェン/Siナノワイヤ構造を利用したショットキー型太陽電池素子の研究報告があるが、Siナノワイヤ上部にグラフェン層を乗せただけの単純な構造であり、ショットキー接合領域が極端に限られ、ナノワイヤ構造が有する構造上の利点による光誘起キャリアの分離特性を活かせていない状況であった。
本研究では、従来は2次元平面にしか形成、成長できていないグラフェン層（単層-多層グラフェン膜）を、3次元形状を有するナノ構造表面に自在に形成するための技術を確立し、グラフェン層/Siナノ構造からなる新規複合材料の機能性と構造的利点を活かした高効率・フレキシブル特性を有する新規光電変換素子の開発に繋げることを目的とする。
最終年度は、新規な多層グラフェン/Siナノワイヤ構造を利用したショットキー型太陽電池素子の作製と評価を行った。多層グラフェン/Siナノワイヤ構造は優れた低反射特性に加えて、平坦なグラフェンに比べてSiとの接合領域を格段に増加できる。本手法では、一般的なグラフェン転写プロセスを回避することができ、プロセスをスケールアップすることができる点も特徴である。本新構造を利用してショットキー型光電変換素子の作製を行った結果、光誘起キャリア分離促進による短絡電流の増加を観測できた。更に、AuCl3を多層グラフェン/Siナノワイヤ構造表面にスピンコートすることで変換効率を約1.7倍向上させることに成功した。
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