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高速光熱変換分光法によるナノ半導体材料評価法の研究

高速光热转换光谱评价纳米半导体材料方法研究

基本信息

批准号：
14750645
负责人：
沈青
金额：
$ 2.24万
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 Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750645/
关键词：
半導体ナノ材料 TiO_2ナノ粒子 CdSe量子ドットキャリアのダイナミックス光熱変換分光法過渡回折格子法色素増感太陽電池 TiO_2ナノチューブ光音響(PA)法光化学電流(PEC)法過渡光電流法色素増感型太陽電池 CdSナノ粒子 CdSeナノ粒子光音響スペクトル光電流スペクトル過渡光電流分光増感

项目摘要

近年、色素吸着したポーラスナノ構造を有するTiO_2太陽電池の研究が注目されている。しかし、ナノ構造TiO_2電極内での電子移動や、増感剤からTiO_2への電子・エネルギー移動などのメカニズムはまだ十分にわかっていないのは現状である。また、色素増感TiO_2太陽電池の変換効率をさらに向上させるために、新しい増感剤と新規なナノ構造電極の開発は重要である。そこで、今年度の一つの研究内容として以下のような研究を行った。まず、自己組織化によるナノチューブとナノワイヤを有する新規なナノ構造のTiO_2電極の作製を試みた。すでに確実にTiO_2ナノチューブとナノワイヤを作製できる条件を見つけた。TEM観察よりナノチューブとナノワイヤ、また、XRDと電子回折よりアナターセ型TiO_2であることが確認できた。次に、従来の色素の代わりに、CdSe半導体量子ドットを増感剤として吸着し、光音響法による光吸収および光化学電流の測定を行った。CdSe量子ドットによる分光増感が確認され、TiO_2電極の厚さの増加とともにIPCE(光電流変換量子効率)の値が大きくなることを見出した。TiO_2電極の厚さは約3μmの場合では、CdSe量子ドットの分光増感によって可視光領域でIPCEの値が最高45%になることを発見した。このIPCE値は従来のナノ粒子で作製したTiO_2電極(CdSe量子ドットの分光増感)で得られた値(最高35%)より大きいことが分かった。さらに、フェムト秒過渡回折格子法(東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻・澤田研究室と共同研究)を用いて、CdSe量子ドット吸着したTiO_2電極における無輻射遷移過程を測定したところ、3つの高速緩和過程が存在することを見出した。2psの速い応答はCdSe量子ドット内で励起されたホールが界面準位にトラップされることに対応し、数10psの応答は励起電子の再結合やTiO_2への移動プロセスに対応すると考えられる。さらに、nsオーダーに見られる応答は熱拡散プロセスに対応すると考えられる。量子ドットにおける光励起電子とホールの緩和プロセスを分離して測定できたのは、本研究のユニークな特色である。さらに、サイズの小さいCdSe量子ドットから電子がより速くTiO_2へ移動することを発見した。

In recent years, the study of TiO_2 solar cells with pigment adsorption structure has attracted much attention. The electron mobility and sensitivity in TiO_2 electrode structure are discussed. The conversion efficiency of TiO_2 solar cells with pigment enhancement is important for the development of new structure electrodes. This year's research content is as follows: The new structure of TiO_2 electrode was developed in order to improve its self-organization. The conditions of TiO_2 production are discussed in detail. TEM observation shows that TiO_2 particles are formed by electron diffraction and electron diffraction. Second, the pigment generation, CdSe semiconductor quantum device, photoabsorption, photoacoustic method, and photochemical current measurement CdSe quantum conversion efficiency (IPCE) is higher than that of TiO_2 electrode. When the thickness of TiO_2 electrode is about 3μm, the IPCE value of CdSe quantum electrode is up to 45% in visible light field. The IPCE value of TiO_2 electrode (CdSe quantum dot and spectral sensitivity) is higher than that of TiO_2 electrode (35%). A method for measuring the radiation-free migration process between CdSe and TiO_2 electrodes using CdSe quantum dots (jointly developed by Sawa Laboratory, Department of Materials Science, Graduate School of New Field Science, University of Tokyo) has been developed. 2ps response time CdSe quantum particles excited in the interface level, the number of 10ps response time excited electrons recombination, TiO_2 particles mobile phase This is the first time that I've seen you. Quantum excitation of electrons and relaxation of electron particles In addition, CdSe quantum particles can be seen in TiO_2 particles.