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2014 年度 実施状況報告書

熱電能アシスト型pn接合界面を持つ炭素ナノ材料で構成された近赤外光発電セルの創製

研究課題

研究課題/領域番号 25630290
研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 義倫  東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30374995)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード表界面・粒界制御 / 単層カーボンナノチューブ / 光発電 / pn接合 / 熱電能
研究実績の概要

本研究では、pn接合部での「熱起電力」と「光起電力」を組み合わせた高効率近赤外光発電セルを創製することが目的である。このためには、単層カーボンナノチューブ(single-walled carbon nanotube: SWCNT)の表面を化学修飾することにより、p型SWCNTとn型SWCNTを合成する必要がある。平成26年度はナノチューブの骨格に窒素原子が置換した「骨格置換型SWCNT(N-doped SWCNT)」を合成し、その薄膜の熱電能を調べ、N-doped SWCNTがp型であるか、n型であるかを評価した。
N-doped SWCNTの合成は、フッ素化SWCNT(CFx: X=0.5)を窒素ガスで希釈した1%のアンモニアガス中で、400 ℃、30分間反応させて合成した。X線光電子分光測定から、ナノチューブ骨格に窒素原子が置換されており、その窒素原子はグラファイト型よりも、ピリジン型やピロール型で存在することがわかった。
スライドガラスの両極に幅5 mmの銀電極を真空蒸着し、その電極を跨ぐようにN-doped SWCNTエタノール分散溶液をスプレー塗布した。塗布したサンプルの片端にペルチェ素子で熱を加えることで、サンプル両端の温度差と起電力を調べた。N-doped SWCNT薄膜のゼーベック係数が-1~-10 μV/Kで負であることがわかり、n型キャリヤを示す物質の合成に成功した。

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

困難と考えられていた「N-doped SWCNT」の合成に成功し、また「N-doped SWCNT薄膜」のゼーベック係数が-1~-10 μV/Kと負である「n型キャリヤを示す物質」の合成に成功したことは、本研究において大きな成果であるため。

今後の研究の推進方策

p型SWCNTとn型SWCNTのpn接合セルを持つ薄膜をスプレー塗布で作製し、電流-電圧特性、光起電力を測定する。セルの特性を見ながら、p型SWCNTとn型SWCNTのそれぞれのドーピング量を変化させて、p型SWCNTとn型SWCNTのpn接合セルの高効率化を目指す。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Structural and Electrochemical Characterization of Ethylenediaminated Single-Walled Carbon Nanotubes Prepared from Fluorinated SWCNTs2014

    • 著者名/発表者名
      Kohei Bushimata, Shin-ichi Ogino, Kazutaka Hirano, Tatsuhiro Yabune, Kenta Sato, Takashi Itoh, Kenichi Motomiya, Koji Yokoyama, Daiki Mabuchi, Hikaru Nishizaka, Go Yamamoto, Toshiyuki Hashida, Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 108 ページ: 14948 - 14956

    • DOI

      10.1021/jp503124n

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure property relationships in thermally-annealed multi-walled carbon nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      Go Yamamoto, Keiichi Shirasu, Yo Nozaka, Yoshinori Sato, Toshiyuki Takagi, Toshiyuki Hashida
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 66 ページ: 219 - 226

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2013.08.061

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 長期間によるラット軟組織内における酸素含有官能基修飾多層カーボンナノチューブの構造安定性2014

    • 著者名/発表者名
      佐藤 義倫, 横山 敦郎
    • 雑誌名

      NEW DIAMOND

      巻: 30 ページ: 29 - 33

  • [学会発表] アンモニアガスを用いたフッ素化単層カーボンナノチューブへの骨格置換型窒素導入とその電子物性2015

    • 著者名/発表者名
      横山幸司、佐藤良憲、平野一孝、田路和幸、佐藤義倫
    • 学会等名
      資源・素材学会 平成27年度春季大会
    • 発表場所
      千葉工業大学(千葉県・習志野市)
    • 年月日
      2015-03-27 – 2015-03-29
  • [学会発表] Nitrogen doping of single-walled carbon nanotubes prepared from fluorinated SWCNTs using ammonia gas2015

    • 著者名/発表者名
      Koji Yokoyama, Yoshinori Sato, Kazutaka Hirano, Kenichi Motomiya, Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato
    • 学会等名
      第48回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学伊藤国際学術研究センター(東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-02-21 – 2015-02-23
  • [学会発表] フッ素化カーボンナノチューブの 脱フッ素化による機能材料開発2015

    • 著者名/発表者名
      佐藤 義倫
    • 学会等名
      北海道大学 電子科学研究所セミナー
    • 発表場所
      北海道大学電子科学研究所(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2015-01-29 – 2015-01-29
    • 招待講演
  • [学会発表] Photo-thermoelectric power of single-walled carbon nanotube films2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Sato, Hajime Sakakibara, Kenichi Motomiya, Kazuyuki Tohji
    • 学会等名
      Materials Today Asia 2014
    • 発表場所
      Kowloon, Hong Kong
    • 年月日
      2014-12-09 – 2014-12-12
  • [学会発表] Properties of sulfuric acid-based electric double layer capacitors with single-walled carbon nanotube electrodes by in situ Raman scattering spectroscopy and AC impedance spectroscopy2014

    • 著者名/発表者名
      Daiki Mabuchi, Shin-ichi Ogino, Yoshinori Sato, Takashi Itoh, Kazuyuki Tohji
    • 学会等名
      Materials Today Asia 2014
    • 発表場所
      Kowloon, Hong Kong
    • 年月日
      2014-12-09 – 2014-12-12
  • [学会発表] NH3ガスを用いたフッ素化単層カーボンナノチューブへの骨格置換型窒素導入法に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      横山 幸司、田路 和幸、佐藤 義倫
    • 学会等名
      平成26年度 資源・素材学会東北支部 秋季大会
    • 発表場所
      岩手大学工学部復興祈念銀河ホール(岩手県・盛岡市)
    • 年月日
      2014-11-17 – 2014-11-17
  • [学会発表] NH3ガスを用いたフッ素化単層カーボンナノチューブへの骨格置換型窒素導入法に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      横山 幸司、田路 和幸、佐藤 義倫
    • 学会等名
      第7回 資源・素材学会東北支部 若手の会
    • 発表場所
      八幡平ロイヤルホテル(岩手県・八幡平市)
    • 年月日
      2014-11-16 – 2014-11-16
  • [学会発表] Structural and Electrochemical Characterization of Aminated Single-Walled Carbon Nanotubes Prepared by Fluorination2014

    • 著者名/発表者名
      Kohei Bushimata, Takashi Itoh, Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato
    • 学会等名
      The 30th European Conference on Surface Science
    • 発表場所
      Antalya, Turkey
    • 年月日
      2014-08-31 – 2014-09-05
  • [学会発表] アンモニアガスを用いた気相におけるフッ素化単層カーボンナノチューブの表面改質に関する研究2014

    • 著者名/発表者名
      横山 幸司、田路 和幸、佐藤 義倫
    • 学会等名
      平成26年度 資源・素材学会東北支部 春季大会
    • 発表場所
      東北大学片平さくらホール(宮城県・仙台市)
    • 年月日
      2014-06-17 – 2014-06-17
  • [図書] Handbook of Polymernanocomposites. Processing, Performance and Application Volume B: Carbon Nanotube Based Polymer Composites2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Sato, Mei Zhang, Kazuyuki Tohji
    • 総ページ数
      601 (61 - 73)
    • 出版者
      Springer
  • [備考] 東北大学 大学院環境科学研究科 佐藤義倫 研究室

    • URL

      http://ncsimd.kankyo.tohoku.ac.jp/

  • [産業財産権] 窒素含有炭素材料及びその製造方法2014

    • 発明者名
      横山幸司、田路和幸、佐藤義倫、平野一孝、佐藤良憲
    • 権利者名
      横山幸司、田路和幸、佐藤義倫、平野一孝、佐藤良憲
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2014-253675
    • 出願年月日
      2014-12-16

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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