2021 Fiscal Year Annual Research Report
シングルクリスタルを利用した化合物半導体光電極の開発－CuGaSe2を例として－
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19H02822
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| Research Institution | Konan University |
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Principal Investigator |
池田 茂 甲南大学, 理工学部, 教授 (40312417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
櫻井 岳暁 筑波大学, 数理物質系, 教授 (00344870)
野瀬 嘉太郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (00375106)
和田 隆博 龍谷大学, 先端理工学部, 教授 (20309115)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 化合物半導体 / 光電極 / 水分解水素発生 / 単結晶 / 人工光合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光電気化学的な太陽エネルギーの化学エネルギー・化学物質変換反応（人工光合成型反応）における量子収率の大幅な向上を実現するため、化合物半導体単結晶を利用した光電極を作製し、これを物性評価モデルとして、光電気化学特性と物性との相関を評価・検証することで、高機能反応系設計の指針を得ること、さらには光電極の作製にフィードバックすることで、それらを実証することを目的とする。ここではとくに、p型化合物半導体であるCuGaSe2に注目して、計算科学および熱力学理論に基づいて、バルク欠陥構造を精密に制御したCuGaSe2化合物単結晶を精密合成し、物性評価と光電極化、さらには多結晶薄膜系へのフィードバックを行なった。前年度までの研究において、狙いとする組成比制御されたCuGaSe2単結晶の合成、適当な薄片化、表面修飾等を施すことによる水の還元反応の実現および光電気化学特性の露出面方位依存性などの結果を得た。前年度後半に得られた露出面方位依存性は、露出面によってキャリア分離に有効なワイドギャップ層が自発的に形成されたためであることが明らかになったため、これらの結果を踏まえて、多結晶薄膜系にフィードバックした結果、CuGaSe2系では最高の水分解水素発生効率と、もっとも正側（低過電圧側）での水素発生が達成された。また、CuGaSe2薄膜ほか、Cuカルコゲナイド系は薄膜の更なる光電気化学特性向上のため、１価カチオンの添加効果を探索し、上述の高機能CuGaSe2薄膜へのアルカリ金属カチオン添加による水素発生特性の更なる向上や、Cu2ZnSnS4薄膜系光電極へのAg+イオン添加効果を見出した。さらに、オーバーオールでのバイアスなし水分解の実現と効率向上のため、酸素発生BiVO4光触媒の基礎物性評価と真空成膜による薄膜電極作製に関する研究を並行して進めた。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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