カーボンナノチューブおよびグラフェンの高機能化と太陽電池応用

碳纳米管和石墨烯的高功能性及太阳能电池应用

基本信息

批准号：
15H02219
负责人：
丸山茂夫
金额：
$ 13.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15H02219/
关键词：
カーボンナノチューブグラフェン太陽電池

项目摘要

高精度な構造制御および高機能化した単層カーボンナノチューブ（SWNT）やグラフェンを用いた太陽電池の開発を進めた．SWNTの構造（カイラリティ）の制御合成技術確立を目指し，水晶基板上に合成した水平配向SWNTに対しラマン散乱マッピング計測を行うことで，個々のSWNTのカイラリティを分析した．ラマン散乱マッピングと電子顕微鏡（SEM）観察を相互的に行うことで，カイラリティとSWNT成長長さとの関係などを明らかにすることで，SWNT成長におけるカイラリティ依存性を示すことに成功した．また，グラフェンについては，高品質で大面積なもののCVD合成法の確立が求められている．ここでは，SWNTの合成法として非常に有効であるアルコールを炭素源ガス分子として用いたアルコールCVD法を応用し，グラフェン合成技術開発を行った．基板として銅箔を使用し，約1000℃での合成においてエタノール圧力や流速を制御することで，ミリメートルオーダーの非常に大きなグラフェン合成に成功した．さらに，最近注目を集めている太陽電池の1つであるペロブスカイト型太陽電池へのSWNT応用を試みた．SWNT薄膜は高い光透過性を有すると同時に電気伝導性も高く，優れた透明導電膜である．これを利用し，ペロブスカイト型太陽電池の電極材料としてSWNT薄膜を用い，高い変換効率を得ることに成功した．また，SWNT薄膜に化学的ドーピングや金属酸化物微粒子を蒸着することで，その電気伝導特性を制御することができた．これら機能化したSWNT薄膜は，ペロブスカイト型太陽電池において正孔輸送層（または電子ブロッキング層）として機能しており，これにより太陽電池として高い変換効率を得ることが出来たと言える．

我们一直在使用高度准确的结构对照和高性能的单壁碳纳米管（SWNT）和石墨烯开发太阳能电池。目的是建立用于SWNT结构（手性）的受控合成技术，并通过对石英底物合成的水平定向的SWNT进行拉曼散射映射测量，分析了单个SWNT的手性。通过相互执行拉曼散射映射和电子显微镜（SEM）观察，我们通过阐明手性与SWNT生长长度之间的关系成功证明了SWNT生长的手性依赖性。此外，有必要为石墨烯建立高质量的大面积CVD合成方法。在这里，我们通过应用酒精CVD方法开发了石墨烯合成技术，该方法将酒精用作碳源气体分子，该方法非常有效，作为合成SWNT的方法。使用铜箔作为底物，我们通过控制乙醇压力和流速在大约1000°C下的乙醇压力和流速，成功地在毫米的顺序上合成了石墨烯。此外，我们试图将SWNT应用于钙钛矿太阳能电池，这是最近引起注意的太阳能电池之一。 SWNT薄膜具有高光传输，并且是出色的透明导电膜。使用它，我们使用SWNT薄膜作为钙钛矿太阳能电池的电极材料成功地达到了高转化效率。此外，通过在SWNT薄膜上化学掺杂和沉积细金属氧化物颗粒，可以控制电导率特性。这些功能化的SWNT薄膜在钙钛矿太阳能电池中充当孔传输层（或电子阻滞层），可以说，高转化效率是作为太阳能电池的。