| 研究課題/領域番号 |
25870510
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
高橋 幸奈 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10596076)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 有機薄膜太陽電池 / 疎水性金属ナノ粒子 / エネルギー変換 |
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| 研究実績の概要 |
有機色素と金属ナノ粒子を組み合わせるために、疎水性金属ナノ粒子の合成法を確立した。従来は、10 nm以上の直径を持つ球状の疎水性金属ナノ粒子を単分散で大量合成するのは困難であったが、これを初めて可能にし、乾燥後もクロロホルムに完全に再分散する、直径50 nmの疎水性球状金ナノ粒子の開発に成功した。これによって、ポリチオフェンのような高分子色素と金属ナノ粒子の複合方法が飛躍的に多様性を増し、従来よりも詳細に、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴が色素の励起効率に及ぼす効果を検討することが可能になった。この成果は、現在、原著論文として国際誌に投稿準備中である。また、合成法を開発した疎水性金属ナノ粒子は、ポルフィリンのような単分子色素とも直接複合することが可能であるため、金属ナノ粒子が色素の励起・失活過程に影響を及ぼす機構を、今後、より詳細に検討することが可能になった。
また、有機薄膜太陽電池において、金属ナノ粒子を、光活性有機層に導入した場合と電子輸送層に導入した場合の、それぞれの、光電流・光電圧・曲線因子への影響の違いについて検討した。その結果、色素と金属ナノ粒子の配置が、色素の励起効率の効果的な向上に重要であることを明らかにするとともに、金属ナノ粒子が示す特性の何がどの機構に寄与しているかの詳細に関する知見を得た。さらに、有機薄膜光活性電極の光電変換特性に対する光強度依存性を測定することで、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴に基づく近接場光が光電流増強効果に及ぼす影響を明らかにした。この成果は、現在、原著論文として国際誌へ投稿中である。
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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
局在表面プラズモン共鳴に基づく近接場光の効果がもっとも大きいと推論されている粒径50 nm程度において、疎水性金ナノ粒子を安定かつ大量に合成する手法の開発に成功したことにより、金属ナノ粒子と有機色素（単分子・高分子）を複合させることが容易になり、従来よりも自在な設計で、有機色素と金属ナノ粒子の相互作用を詳細に検討するための準備が整った状態である。つまり、最終年度に明らかにすべき課題を実現する見通しが立っていると言える。また、有機薄膜太陽電池に金属ナノ粒子を組み合わせた系における、光電変換特性への光量依存性の検討により、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴を利用した、微弱光による光エネルギー変換に対する知見も得られている。以上のように、当初の研究計画を遂行するために、おおむね順調に研究が進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでに開発した疎水性金属ナノ粒子を用いて、高分子色素や単分子色素と複合した系における、蛍光増強特性、光電流増強特性、光触媒特性について検討し、最も効果的な増強効果が得られる系を探索する。それらの研究によって得られた知見を踏まえた上で、各デバイスにおいて、微弱光を光源とした際に、最も効果的に光エネルギーを利用できる設計について明らかにする。
また、これまでの研究において得られた成果を、積極的に、国内外のシンポジウム等で口頭発表するとともに、国際誌への原著論文の投稿を行っていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
計画していた実験の一部について実施順序が前後したのに伴い、当初計画していた消耗品の一部について、購入が次年度に繰り越されたため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
当初目指した到達目標通りに研究を遂行するために、昨年度購入する予定であった試薬やガラス器具などの消耗品を今年度購入する。また精力的に成果発表を行う予定であるため、一部は成果発表にも執行する予定である。
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