| 研究領域 | 特異構造の結晶科学：完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス |
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| 研究課題/領域番号 |
19H04552
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| 研究機関 | 桐蔭横浜大学 |
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研究代表者 |
石井 あゆみ 桐蔭横浜大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任講師 (70406833)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 界面 / 特異構造 / 希土類錯体 / 光電変換 / 光蓄電 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、有機－無機結晶界面における特異構造の制御と新しい光電気化学的機能の創出である。特に錯形成を介した無機結晶界面への有機分子の導入手法と有機-無機界面を利用した希土類の電子状態の制御に焦点をしぼり、新しい光電気化学素子への展開を目指している。具体的には、有機および無機結晶のヘテロ接合界面で生じるトラップによる電荷移動の障害を積極的に利用し、その特異界面に希土類錯体の光誘起レドックス特性を組み込むことで、新しい光電気化学素子として“光により生成した電気エネルギーを界面で蓄える”機能の発現が期待される。一素子内で光発電と蓄電の両機能を実現できれば、光エネルギーの革新的かつ有効な利用方法を確立することができる
今年度は、ナノ構造を有する無機半導体結晶の表面に希土類イオンと有機化合物からなる錯体（界面錯体）を分子レベルで配列・固定させた特異界面構造を構築と基礎物性の評価に重点をおき、研究を進めた。具体的には、酸化チタン多孔膜表面に金属錯体を固定化した薄膜を作製し、錯体の酸化還元能と酸化チタンの電気化学特性を界面で融合した。その結果、紫外光照射によりキャリアが生成し、さらに界面に電荷が蓄積されることが明らかとなった。興味深いことに、この界面にペロブスカイトナノ粒子を導入することで、可視光により生じた電荷を蓄えることにも成功した。最終的に、界面に蓄えられた電荷（ホール）が鍵となり、素子全体の光電流値の著しい増大（光電流増幅）が促された。
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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
今年度は、ナノ構造を有する無機半導体結晶の表面に希土類イオンと有機化合物からなる錯体（界面錯体）を分子レベルで配列・固定させた特異界面構造を構築と基礎物性の評価に重点をおき、研究を進めた。結果として、界面で電荷が蓄積できることが示され、既存の光検出素子よりも光電変換効率が増大することが明らかとなった。一方で、放電特性は不十分であるため、引き続き界面構造の最適化を進める必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
二年目は、引き続き光蓄電素子として評価を行い、分子および界面設計にフィードバックする。また、前年度に得られた結果を最適化し、素子構造の最適化と光電気化学特性の定量的な議論を行う。たとえば、光電変換特性や蓄電特性に対する光量依存性を議論し、光電変換効率や蓄電特性などの定量化をおこなう。
また、領域内の他の研究項目との連携を強め、窒化物半導体材料と有機系材料の光機能の融合による新規物性の発現を目指し研究を進める。
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