Synthesis of Novel Low-Dimensional Nanomaterials for Application in Solar Cells

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本年度の研究において，二硫化モリブデン(MoS2)の合成制御と1次元ファンデルワールスヘテロ構造の開発及び太陽電池への応用を行った．まず，低圧化学気相成長(CVD)による半導体性MoS2の合成に着目し，新たにパソコンから管理できる安定性の良い低圧CVD装置を自ら設計・構築した．その後，MoS2のCVD合成の最適条件を探し出した．一般的な合成条件としての酸化モリブデン及び硫黄の量，合成温度，Arキャリアガス流量等を変調して合成結果を考察するのみならず，シーディングプロモーターや合成前駆体等MoS2特有の合成条件にも最適化を行った．そして，最適化したMoS2の合成条件を用い，MoS2-窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)-単層カーボンナノチューブ(SWCNT)という「1次元ファンデルワールスヘテロ構造」の合成に成功した．初めて1次元物質においてファンデルワールスヘテロ構造のコンセプトを実現したことから，共著した論文がScience誌で発表された．1次元ファンデルワールスヘテロ構造は自由に構成材料・カイラリティ・直径・層数を変調することができ，従来の2次元ヘテロ構造と異なり斬新な構造となり，将来の幅広く応用が期待されている．さらに，新規低次元ナノ材料太陽電池の実証実験として，新たに開発された1次元ファンデルワールスヘテロ構造を太陽電池に応用した．MoS2-SWCNTのハイブリッド薄膜を元に，ペロブスカイト型太陽電池を作製した．SWCNTのみのペロブスカイト型太陽電池と比べ，MoS2-SWCNTを用いたペロブスカイト型太陽電池の変換効率は約20%向上し，1次元ファンデルワールスヘテロ構造の優れた物性を証明できた．本研究で得られた成果が複数の国際会議で発表され，学術雑誌にも投稿することを予定している．