電着による超格子構造の創製と高効率光電変換素子への応用

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(1)電極表面へCdTe超薄膜を形成する手法を確立した。膜の生成過程については電気化学的な観測だけでなく、吸収スペクトル測定をin-situで行い、成長速度、膜の均一性、厚さなどについての情報を膜成長時において同時に収集した。CdとTeを含む水溶液を用い、電位制御下においてCdTe超薄膜を形成し、溶液のpH、電解質濃度、温度、電流密度の効果について詳細な検討を行った。基盤として導電性ガラス、酸化チタン平面電極、酸化チタン多孔質膜を用いてそれら基盤表面上に成長させることに成功した。(2)超格子構造の創製法のひとつとして半導体超微結晶の適用を検討した。半導体超微結晶調製にはCdSを用いた。有機溶媒(DMF)中にて溶液温度、硫黄源を変化させることにより、粒径を1から5nmの領域で自在に制御することに成功し、バンドギャップ3.4eVから2.6eVの光吸収構造単位の構築法を確立した。(3)上記のCdS超微結晶表面をペンタフルオロチオフェノールなどの有機分子で表面修飾することにより効果的に酸化チタン多孔質膜に担持させる手法を確立した。種々のチオール分子について系統的な検討を行い、修飾分子の担持量、分子分極構造、局所的水素結合の強度依存性に基づき多孔質表面に固定するための最適な修飾剤の条件を明確化した。(4)微結晶系における光励起状態安定性を支配する因子について詳細な検討をおこなった。光機能発現下の条件にてX線吸収微細構造分析法(EXAFS)を適用することにより、励起子のトラップサイトとして微結晶表面の格子欠陥サイトが重要な役割を果たすことを初めて実証した。また、上記の表面修飾微結晶系についても修飾剤の結合状態についてその微視的な構造を明らかとして系の励起状態安定性のための指針を明確化した。さらに、調製時の粒径制御機構の詳細についても検討し、半導体微結晶をもちいた光選択吸収構造単位の合成のための必要条件についても明らかとした。(5)上記のCdTeおよびCdS超格子担持酸化チタン多孔質薄膜を光増感層とする湿式型光電変換素子を構築し、素子性能の検討を行った。これらにより超格子構造を光増感部とする素子の高効率化のための指針が明らかとなった。