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今年度は光エネルギー変換システムである太陽電池と光触媒について共通の基礎過程である光吸収とキャリア拡散についてをエネルギー変換効率向上の観点から光吸収材料のバンドギャップ、バンドベンディング、キャリア寿命について密度汎関数理論(DFT)及び多体摂動論(MBPT)により研究を行った。
GaN:ZnOは可視光照射下で水の全分解反応を起こす材料として知られている。GaN及びZnOは可視光を吸収しないワイドギャップ半導体であるが、固溶によって可視光応答が発現する機構については、これまで多くの研究が行われているにも関わらず未だ明らかでない。スラブモデルのDFT計算からバンド端エネルギーを求めた結果、ZnOをGaNにドープすることで、伝導帯下端（CBM）の低下と価電子帯上端（VBM）の上昇の双方によってバンドギャップが縮小することを明らかにした。VBMは空間的に局在したN2pとZn3dからなる反結合性軌道であり、そのエネルギーは結晶中のZn-N結合量や結合長によって支配されることを見出した。
MBPTによって電子ーフォノン相互作用を取り扱い、半導体中のキャリア寿命について研究した。長寿命なホットホールの存在が実験的に報告されているぺロブスカイト型太陽電池材料APbI3におけるキャリア緩和のメカニズムについて、CsPbI3及びPbI3-骨格の電子状態及びキャリア寿命の計算結果を比較し、価電子帯上端付近の状態密度が小さいことがホットホールの長寿命化をもたらすことを解明した。さらにAサイトカチオンを変化させた場合も状態密度に大きな変化はないことから、寿命の長いホットホールはAPbI3に一般的にみられると結論した。
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