2003 Fiscal Year Annual Research Report
高速光熱変換分光法によるナノ半導体材料評価法の研究
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14750645
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
沈 青 電気通信大学, 電気通信学部, 助手 (50282926)
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| Keywords | 半導体ナノ材料 / TiO_2ナノ粒子 / CdSe量子ドット / 光音響(PA)法 / 光化学電流(PEC)法 / 過渡光電流法 / 過渡回折格子法 / 色素増感型太陽電池 |
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| Research Abstract |
色素を吸着したナノポーラスTiO_2太陽電池が注目されている。増感剤としては従来の色素系の他に、半導体量子ドットが注目されている。しかし、ナノポーラスTiO_2内での電子移動や、色素・半導体量子ドットからTiO_2へのエネルギー・電子移動のメカニズムについては十分に判明されていない。そこで、今年度の一つの研究内容として以下のことを行った。ナノ構造TiO_2電極には、平均粒径それぞれ15nmと27nmの2種類アナターセ型のTiO_2ナノ粒子で作製したものを用いた。化学溶液成長法により、成長時間の異なるCdSe量子ドットをTiO_2電極に吸着させた。測定には、光音響(PA)法、光科学電流(PEC)法と過渡光電流法を適用した。CdSe量子ドットの成長時間の増加と共にPAとPEC信号の立ち上がりが低エネルギー側へシフトし、バルクCdSeのバンドギャップエネルギー1.75eVよりブルーシフトしたことが見られた。有効質量近似の計算より、成長時間の増加と共にCdSeのサイズは大きくなり、成長時間40時間以上になるとそのサイズは一定で約7nmであることがわかった。2種類のTiO_2電極において、PAスペクトル形状にはほとんど違いは見られなかったが、PECスペクトル形状は大きな違いが見られ27nmのTiO_2ナノ粒子を使用した電極の場合には、光電流の大きさがおよそ2倍かつ積分強度も大きくなることがわかった。これらの違いは、電極のナノ構造や多孔度の違いが反映されると考えられる。過渡光電気化学電流測定から、15nmのTiO_2電極では27nmの場合に比べ約2倍程電子拡散係数が大きいことが見出されたが27nmの場合の方が大きな光電流を示すことから、モルフォロジーの違いによるCdSe量子ドット吸着が光電変換に寄与することを示唆している。また、フェムト秒過渡回折格子法(東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻・澤田研究室と共同研究)を用いて、CdSe量子ドット吸着したTiO_2薄膜における無輻射遷移過程を測定したところ、3つの高速緩和過程が存在することを見出した。2ピコ秒の速い応答はCdSe量子ドット内で励起されたホールが界面準位にトラップされることに対応し、10〜30ピコ秒の応答は励起電子の再結合やTiO_2への移動プロセスに対応すると考えられる。さらに、ナノ秒オーダーに見られる応答は熱拡散プロセスに対応すると考えられる。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] 沈 青: "Study of Optical Absorption and electron transport in nanoporous nano crystalline TiO_2 films"Thin Solid Films. 438-439. 167-170 (2003)
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[Publications] 沈 青: "Dependence of thermal conductivity of porous silicon on porosity characterized by photoacoustic technique"Rev.Sci.Instrum.. 74. 601-603 (2003)
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[Publications] 沈 青: "Characterization of Nanostructured TiO_2 Electrodes Sensitized With CdSe Quantum Dots Using Photoacoustic and Photoelectro chemical Current Methods"Jpn.J.Appl.Phys.. 43(in press). (2004)
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[Publications] 沈 青: "Photosensitization of Nanostructured TiO_2 with CdSe Quantum Dots : Effects of microstructure and Electron Transport in TiO_2 sussorates"J.Photochem.Photobiol.A.Chem. (in press). (2004)
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[Publications] 豊田太郎: "Photoacoustic and Photoelectrochemical Current response of Nanostructured TiO_2 Electrodes"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 3036-3040 (2003)
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[Publications] 豊田太郎: "Exposure Time Dependence of the Photoacoustic and Photoluminescence Intensities of Porous Silycon with Different warelength of Excitation Light"Rev.Sci.Instrum.. 74. 869-871 (2003)
