光による半導体粒子の形状異方性制御とエネルギー変換材料への応用

光对半导体颗粒形状各向异性的控制及其在能量转换材料中的应用

• 批准号: 20245031
• 负责人: 鳥本 司
• 金额: $ 31.53万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20245031/
• 关键词: ナノ材料; 量子ドット; 触媒・化学プロセス; 電子・電気材料; ZnOナノロッド; 異方性形状; 自己組織化; 太陽電池

シリコン太陽電池に変わる次世代太陽電池の材料として、Cdなどの毒性の高い元素やInなどの希少元素を含まず、かつ高い光活性を示す環境調和型の半導体材料であるCu_2ZnSnS_4(CZTS)が注目され、薄膜太陽電池が試作されている。しかしながら、これまでにCZTSナノ粒子の化学合成はほとんど報告されていなかった。そこで本研究では、高温有機溶媒中における化学反応を利用してCZTSナノ粒子の液相合成を行い、得られた粒子についてその光電気化学特性を調べ、太陽電池の光吸収層としての可能性を検討した。対応する金属イオンの酢酸塩と硫黄粉末を、化学量論比で混合しオレイルアミンに分散させた後、240℃で加熱することにより、5-7nm程度の粒径をもつCZTSナノ粒子を合成した。粒子は、その表面がオレイルアミンで修飾されており、溶液中に安定に分散した状態として得られる。光吸収スペクトルから、粒子のバンドギャップエネルギーは約1.5eVと見積もられる。つぎに、エタンジチオールを架橋剤とする交互吸着法によって、粒子サイズを保ったまま、CZTSナノ粒子を透明電極基板上に積層した。得られたナノ粒子薄膜電極に可視光を照射すると、カソード光電流が得られ、CZTSナノ粒子はp型半導体特性を示した。また、900nm以下の波長の光照射に対して応答した。光電流の立ち上がり電位が、CZTSナノ粒子の価電子帯上端の電位であると見なすと、得られた粒子の伝導帯下端および価電子帯上端の電位は、各々、-1.2Vおよび0.3V vs.Ag/AgClであると見積もることができる。同様の手法を用いることによって、様々な化合物半導体のナノ粒子化が可能となり、本研究成果は、将来の半導体ナノ粒子を用いる太陽電池開発に大いに役立つ。

Cu_2ZnSnS_4(CZTS), a semiconductor material with high photoactivity and environmental compatibility, has attracted much attention and thin film solar cells have been tried out. Chemical Synthesis of CZTS Particles In this study, the possibility of using chemical reaction in high temperature organic solvents to synthesize CZTS particles in liquid phase, to obtain photoelectrochemical properties of CZTS particles, and to modify the photoabsorption layer of solar cells was discussed. For metal and sulfur powder, chemical ratio, mixing, dispersion, heating at 240℃, particle size of 5-7nm, synthesis. The particles are stable and dispersed in solution. Light absorption spectrum, particle emission spectrum, particle emission spectrum, particle spectrum, particle For example, the cross-adsorption method can be used to deposit particles on the transparent electrode substrate. The particle thin film electrode is irradiated with visible light, and the photocurrent is obtained. The particle thin film electrode has p-type semiconductor characteristics. Light irradiation at wavelengths below 900nm is required. The photocurrent has a constant potential at the upper end of the electron band of the CZTS particles and a constant potential at the lower end of the electron band of the CZTS particles. The voltage at the upper end of the electron band of the CZTS particles is-1.2V vs. 0.3V vs. Ag/AgCl. The results of this research are related to the application of semiconductor particles in the future, and the development of solar cells.

项目成果

Surface-plasmon-enhanced photocurrent generation of CdTe nanoparticle/titania nanosheet composite layers on Au particulate films

• DOI: 10.1016/j.jphotochem.2011.02.029
• 发表时间: 2011-06
• 期刊: Journal of Photochemistry and Photobiology A-chemistry
• 影响因子: 4.3
• 作者: T. Kameyama;Y. Ohno;K. Okazaki;T. Uematsu;S. Kuwabata;T. Torimoto

Fabrication of Nanoframe Structures by Site-selective Assembly of Gold Nanoparticles on Silver Cubes in an Ionic Liquid

• DOI: 10.1246/cl.2011.84
• 发表时间: 2011-01
• 期刊: Chemistry Letters
• 影响因子: 1.6
• 作者: K. Okazaki;Junya Sakuma;J. Yasui;S. Kuwabata;K. Hirahara;N. Tanaka;T. Torimoto

Preparation of AuAg alloy nanoparticles using a chemical reaction induced by sputter deposition of metal onto ionic liquids

利用金属溅射沉积到离子液体上诱导化学反应制备金银合金纳米颗粒

• 发表时间: 2009
• 作者: Toshimasa Suzuki;et al.
• 通讯作者: et al.

Preparation and Photochemical Properties of Highly Luminescent ZnS-AgInS_2 Solid Solution Nanoparticles

高发光ZnS-AgInS_2固溶体纳米粒子的制备及其光化学性能

• 发表时间: 2008
• 作者: T. Torimoto;et al.
• 通讯作者: et al.

Room-Temperature Ionic Liquid. A New Medium for Material Production and Analyses under Vacuum Conditions

• DOI: 10.1021/jz100876m
• 发表时间: 2010-11-04
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
• 影响因子: 5.7
• 作者: Kuwabata, Susumu;Tsuda, Tetsuya;Torimoto, Tsukasa
• 通讯作者: Torimoto, Tsukasa