光電変換効率向上を目指した酸化物半導体ナノ材料の創製と過渡応答法による評価

旨在提高光电转换效率的氧化物半导体纳米材料的创建和使用瞬态响应方法的评估

• 批准号: 15033224
• 负责人: 豊田 太郎
• 金额: $ 3.52万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15033224/
• 关键词: 光電変換; 光音響法; 光電気化学; 酸化チタンナノ粒子; 光化学電流法; 過渡応答評価; 酸化チタンナノチューブ; 酸化チタンナノワイヤー; 参加チタンナノ粒子; 酸化スズナノ粒子; 酸化亜鉛ナノ粒子; 複合化ナノ粒子

本年度は下記に示す表面形態の異なるナノ構造TiO_2光電極系を形成し、自己組織化を利用して半導体量子ドットの一つであるCdSe系を吸着し、光吸収評価、光電流評価、過渡励起キャリア移動評価を行った。光吸収評価には光音響法を、過渡励起キャリア移動評価には過渡回折格子法と適用した。1.フラクタル構造を有するTiO_2光電極の形成と評価昨年と同様に後処理に電圧印加処理による光電流の増大について検討を行い、過渡光電流測定から電子拡散係数評価を行った。その結果印加電圧に閾値が存在し、この閾値を境に電子拡散係数が急激に変化することを見出した。またこの研究の推進中に、より簡便で比較的大きな面積のフォトニック結晶が形成出来る条件を見出した。2.粒径の異なるアナターゼ型ナノ粒子を複合化したTiO_2光電極の形成と評価複合化光電極では分光増感が確認されると共に光化学電流が混合率に依存することが見出され、光機能界面状態と電子移動・電子補給に対して混合率の最適値があることが示唆され、電子移動の緩和時間と光電流との間に相関性が見られた。3.ルチル型アナターゼ型ナノ粒子を複合化したTiO_2光電極の形成と評価昨年と同様にルチル型混合に伴う光化学電流の向上に関して検討を行った。その結果、変調光に対してはルチル型混合に伴う光電流の向上が見られるのに対して、直流光に対しては光電流の向上は見られなかった。またルチル型混合系では変調光周波数依存性が緩やかになり、無混合系とは異なることを見出した。この系では電流変換量子効率(IPCE)が60%近くまで向上した。4.ナノチューブ・ナノワイヤーが複合化されたTiO_2光電極の形成と評価今回界面活性剤を用いた自己組織化を利用して、ナノチューブ・ナノワイヤー複合化TiO_2光電極を形成し、評価を行った。その結果、分光増感が確認されおよそ40%のIPCE値が達成された。

This year, the following items are listed: formation of TiO_2 photoelectrode system with different surface morphology, self-organization, utilization of semiconductor quantum dots, adsorption of CdSe system, optical absorption evaluation, photocurrent evaluation, and transition excitation. Light absorption evaluation: light sound method, transition excitation: light movement evaluation: transition reflection lattice method 1. The formation and evaluation of TiO_2 photoelectrode with different structure, the increase of photocurrent, the measurement of transient photocurrent, the evaluation of electron dispersion coefficient, etc. The threshold value of the voltage is present, and the threshold value of the electron dispersion coefficient is present. The conditions for the formation of crystals with a large area were found in the progress of this study. 2. Particle size variation, electron movement, electron replenishment, optimum mixing ratio, electron movement relaxation time, photocurrent dependence, and spectral sensitivity of TiO2 photoelectrode. 3. The formation and evaluation of TiO_2 photoelectrode by the recombination of TiO_2 particles and TiO_2 photoelectrode are discussed. As a result, the light modulation system can be used to adjust the upward direction of the photocurrent, and the direct current system can be used to adjust the upward direction of the photocurrent. The light modulation cycle number dependence of the mixed system is slow, and the mixed system is not different. The current conversion efficiency (IPCE) of this system is approximately 60%. 4. The formation and evaluation of TiO_2 photoelectrode with composition-based structure. The results and spectral sensitivity were confirmed to be 40% of the IPCE values.

项目成果

O.Shen: "Characterization of nanostructured TiO_2 electrodes sensitized with CdSe quantum dots using photoacoustic and photoelectrochemical current methods."Japanese Journal of Applied Physics. 43(印刷中). (2004)

O.Shen：“使用光声和光电化学电流方法对 CdSe 量子点敏化的纳米结构 TiO_2 电极进行表征。”《日本应用物理学杂志》43（出版中）。

SnO_2/ZnOナノコンポジット電極の光音響・光電気化学特性

SnO_2/ZnO纳米复合电极的光声和光电化学性能

• 发表时间: 2004
• 期刊: 超音波TECHNO 16
• 作者: J.Mizuguchi;T.Shinbara;豊田 太郎
• 通讯作者: 豊田 太郎

Photoacoustic and photoelectrochemical characterization of CdSe-sensitized TiO2 electrodes composed of nanotubes and nanowires

• DOI: 10.1016/j.tsf.2005.07.019
• 发表时间: 2006-03
• 期刊: Thin Solid Films
• 影响因子: 2.1
• 作者: Q. Shen;Tadakazu Sato;M. Hashimoto;Changchuan Chen;T. Toyoda

Study of ultrafast carrier dynamics of nanostructured TiO_2 films with and without CdSe quantum dot deposition using lens-free-heterodyne detection transient …….

使用无透镜外差检测瞬态研究有和​​没有 CdSe 量子点沉积的纳米结构 TiO_2 薄膜的超快载流子动力学……。

• 发表时间: 2005
• 期刊: Thin Solid Films in press
• 作者: S.Ohno;K.Nakatsuji;F.Komori;Q.Shen;A.B.Cruz;Q.Shen;L.J.Diguna;Q.Shen;Q.Shen;Q.Shen;Q.Shen;A.B.Cruz;T.Toyoda;T.Toyoda;Q.Shen;A.B.Cruz;Q.Shen
• 通讯作者: Q.Shen

O.Shen: "Photosensitization of nanostructured TiO_2 with CdSe quantum dots : effects of microstructured and electron transport in TiO_2 substrates."Journal of Photochemistry & Photobiology, A : Chemistry. (印刷中). (2004)

O.Shen：“CdSe 量子点纳米结构 TiO_2 的光敏化：TiO_2 基底中微结构和电子传输的影响。”光化学与光生物学杂志，A：化学（出版中）。