界面電子移動速度制御による半導体ヘテロナノ構造の構築

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本研究課題では、構造の精密制御された量子ドットと金属酸化物ナノ構造膜を組み合わせた量子ドット増感膜を作製し、その界面電荷移動反応機構の解明・制御を行うことによって、最適な界面ナノ構造を設計することを目的とした。まず、サイズの精密制御された硫化カドミウム量子ドットの合成を行った。その結果、2~5nmの範囲でサイズを自由に制御でき、しかもサイズの分散性を10%以下に抑えることに成功した。次に、合成されたCdS量子ドットを官能基を持つ直鎖有機分子を介して酸化チタン上に吸着させることを試みた。条件を最適化した結果、量子ドットの吸光度にほとんど変化がない状態で酸化チタン上に担持することに成功した。さらに、CdS量子ドット増感酸化チタン膜の電子移動特性を評価するために可視紫外吸収スペクトル測定装置並びに発光装置を用いて、電子移動効率の最大値を見積もった。その結果、どのサイズのCdS量子ドットを用いても、効率が80%以上であることを確認した。この高効率電子移動反応の評価の正当性を確かめるために、実際に増感型太陽電池を作製し、性能の変化を観測した。その結果、どのサイズの量子ドットを用いても、量子ドット増感膜の吸収スペクトルに類似した分光感度スペクトルを観測した。このことから、太陽電池性能はCdS量子ドットのサイズに依存せず、しかも初期の電荷分離効率によって決定されると示唆される。また、本実験から発光スペクトルを用いて電子移動効率を評価することが可能になり、簡便な測定法を確立することができた。