フォトニック結晶を用いた新規光化学デバイスの作製およびその評価

使用光子晶体的新型光化学器件的制造和评估

• 批准号: 08J01836
• 负责人: 西島 喜明
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J01836/
• 关键词: フォトニック結晶; プラズモン共鳴; 太陽電池; 微粒子; 光電変換; 自己組織化; オパール・逆オパール; 色素レーザー; DFBレーザー発振

本研究においては、微粒子の周期構造体を用いて新規光機能性材料の作製を行い、色素増感太陽電池や光触媒等への応用を目的として研究を行ってきた。特に従来の色素増感太陽電池では可視光に対しては光電変換可能であったが、800nm以上の近赤外光では光電変換ができないことが知られている。今年度の研究では、800nmより長波長の光を用いても光電変換を行うことが可能であることを見出した。n型半導体基板としてNbを0.05%ドープしたルチル型単結晶酸化チタン基板を用いて、表面にレジストコート、EB描画、スパッタリングによる金成膜、リフトオフ法によって金属ナノ微粒子周期構造体を作製した。周期構造の設計は、110x240x40nm^3とし、周期はそれぞれ、200nm、300nmとした。この構造設計においては波長650nmと1000nmに共鳴を有する構造体となっている。この酸化チタン/金周期構造体を作用電極とし、対極に白金線参照電極に飽和カロメル電極(SCE)を用いた系において三電極式光電気化学計測によって測定を行った。その結果によると、従来単結晶酸化チタン基板のみの条件においては、バンドギャップが3.2eVを有しているために、400nm以下の波長の光でしか光電流を得ることができないが表面に金ナノ微粒子周期構造体を有することにより、500nm以上の長波長の光を照射しても光電流が得られることがわかった。さらに、各波長に対する変換効率を調べるために分光器によって単色光を得、アクションスペクトルを測定したところ、共鳴スペクトルに対して良い一致を示すスペクトルが得られた。このことから、光電変換は金ナノ微粒子構造体と光との共鳴によって誘起されているものと考えられる。以上のことより今年度において私は、酸化チタン単結晶基板上に金ナノ微粒子周期構造を作製することにより、その共鳴に依存した光電変換を可視から近赤外の幅広い波長で達成した。

This study is aimed at the preparation of new photofunctional materials and the application of pigment sensitive solar cells. In particular, the pigment sensitive solar cells can be converted into visible light and near-red light above 800nm. This year's research shows that 800nm is a long-wavelength light source. N-type semiconductor substrate: Nb 0.05% to 30% to 30% to 3 The design of periodic structure is 110x240x40nm ^3, periodic structure is 200nm, 300nm. This structure is designed to resonate at wavelengths of 650nm and 1000nm. The active electrode of the acidizing/gold periodic structure is used for the determination of the saturation electrode (SCE) of the platinum wire reference electrode. As a result, photocurrent can be obtained from light of wavelength up to 400nm under conditions of 3.2 eV and irradiation with light of long wavelength up to 500nm. For example, the color spectrum of the spectroscope is different from that of the spectroscope, and the resonance spectrum is different from that of the spectroscope. The structure of particles, the resonance of light, the resonance of light. The above is the first time that the metal particles on the crystal substrate are produced.

项目成果

Tunable single-mode photonic lasing from zirconia inverse opal photonic crystals.

• DOI: 10.1364/oe.16.013676
• 发表时间: 2008-09
• 期刊: Optics express
• 影响因子: 3.8
• 作者: H. Misawa;Y. Nishijima;Kei Ueno;S. Juodkazis;V. Mizeikis;M. Maeda;M. Minaki

LASING EMISSION FROM RHODAMINE DYE IN ZIRCONIA INVERSE OPAL PHOTONIC CRYSTALS

氧化锆反蛋白石光子晶体中罗丹明染料的激光发射

• 发表时间: 2008
• 作者: 西島喜明;他
• 通讯作者: 他