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

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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．