| 研究概要 |
本研究では、太陽エネルギーと半導体を用いてCO2から糖の合成を行う手法の開発を行う。光化学反応を用いてCO2を還元しホルムアルデヒド(H2CHO)やメチルアルコール(CH30H)を合成する手法はすでに開発されている。ホルムアルデヒドから糖の合成を、植物の光合成再現ではなく、半導体上の光反応で実現することを目的としている。ホルムアルデヒド重合にはホルムアルデヒド陽および陰イオンが必要であり、酸化還元反応を促進する材料探索を行う。22年度は様々なバンドギャップを有する材料を作成した。作成した材料は、GaN,ZnO,NiO,Cu(In,Ga)Se2(CIGS)である。23年度はこれらのヘテロ接合形成を行い、ヘテロ接合特性の改善、バッファ層の探索、酸化還元反応の検討を行った。
GaN,ZnOはn型が形成されやすくn型として用い、NiOはp型が形成されやすいためp型材料として用いた。GaN/NiOおよびZnO/NiO構造をMBEあるいはスパッタ法で作成したが整流特性、光応答特性が悪く、バッファ層を加えることを検討した。ZnO/CIGS系ヘテロ接合太陽電池ではCdSがバッファ層材料として使われており、良好なヘテロ接合が得られていることから、これらのヘテロ接合の界面についてバンド不連続、欠陥、膜厚など基本的情報を得た。バッファ層材料はタイプI型のヘテロ接合を作ることが望ましいことが分かり、ZnO/NiO、GaN/NiOに適する材料探索を行っている。
バッファ層材料の探索には時間がかかるため、半導体(ZnO,GaN,NiO)とPt電極を用いて酸化還元反応を試みた。ホルムアルデヒド水溶液を出発物質として紫外線照射を行いヒドロキシアセトアルデヒドの生成を試みた。微量ながら検出に成功したが光反応による形成かどうか、再現性、効率向上など今後の課題である。
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