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

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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。