電子エネルギー構造を自在に制御したナノ結晶集積膜の作製と光デバイスへの応用

自由控制电子能量结构的纳米晶集成薄膜的制备及其在光学器件中的应用

• 批准号: 09J09609
• 负责人: 亀山 達矢
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J09609/
• 关键词: 半導体ナノ粒子; 交互吸着法; 太陽電池; 光電気化学特性; ナノ構造制御; エネルギー移動

半導体ナノ粒子やナノシートなどのナノ結晶は、そのサイズや形状に依存して特異な光機能性を示すことから、光エネルギー変換材料への応用が試みられている。デバイス応用に際して、それらは主にスピンコートなどにより、マトリクス中に均一に分散した状態で用いられる。本研究では交互吸着法を用いて、これらナノ結晶を配列よく積層し、ナノオーダーでのエネルギー傾斜構造を構築することにより、高効率な光エネルギー変換材料の開発を行った。本年度の研究ではまず、効率的な光エネルギー変換を達成するため、バルク材料において高い光活性を示し、環境調和型の半導体材料として注目されているCu_2ZnSnS_4(CZTS)のナノ粒子化を試みた。各金属酢酸塩と硫黄粉末を、オレイルアミン中、240℃以上で加熱撹拌することで、ケステライト型結晶構造を有する、5-7nmのCZTSナノ粒子を合成することができた。このように合成したCZTSナノ粒子と、チタニアナノシートとを交互吸着法を用いて配列させることにより、膜内部に連続的なエネルギー傾斜構造を構築した。この交互積層膜を光活性層として、電子・正孔の輸送層や電極を取り付けることで、薄膜太陽電池を作製したところ、傾斜構造を構築していない場合と比較して、短絡電流値、開放端電圧値ともに倍以上の特性が発現することがわかった。このことはCZTS粒子/チタニアナノシートが形成する多層の電荷分離界面が、CZTS中に光生成したキャリアの取り出しを促進するためであると考えられる。以上のように、本研究で得られた知見は、半導体ナノ粒子の太陽電池など、光デバイスへの応用において、非常に有用なものである。高品質な粒子を作製し、さらにそれらの物質をうまく配列(組織化)させ、電子的・エネルギー的な相互作用を最大限に引き出すことができれば、材料の特性の向上や新しい機能の発現につながることを示した。

Semiconductor particles, particles, crystals, crystals In the case of a case of In this study, the interaction adsorption method was used to develop high efficiency optical fiber conversion materials. This year's research focuses on the achievement of high photoactivity and environmentally compatible semiconductor materials such as Cu_2ZnSnS_4(CZTS) and the particle size of Cu_2ZnSnS_4(CZTS). Each metal oxide and sulfur powder is heated and stirred at 240℃ or above to form CZTS particles of 5-7nm in size. CZTS is composed of particles and molecules, and the interaction adsorption method is used to construct the inclined structure of the membrane. The photoactive layer of the alternating multilayer film, the transport layer of the electron positive hole, and the electrode are selected. The characteristics of the thin film solar cell, such as the short-circuit current value and the open-end voltage value, are developed. The CZTS particles/particles form a multi-layer charge separation interface, and the CZTS light is generated and extracted. In this study, we found that solar cells with semiconductor particles are very useful and useful. It is demonstrated that high-quality particles can be produced, that all materials can be arranged (organized), that the interaction of electrons and electrons can be maximized, and that the upward characteristics of materials and the discovery of new functions can be achieved.

项目成果

Photoelectrochemical Properties of Chemically Synthesized Cu_2ZnSnS_4 Nanocrystals

化学合成Cu_2ZnSnS_4纳米晶的光电化学性能

• 发表时间: 2010
• 作者: Tatsuya Kameyama;Tsukasa Torimoto;et al.;Tatsuya Kameyama;Tatsuya Kameyama;Tatsuya Kameyama
• 通讯作者: Tatsuya Kameyama

Remarkable photoluminescence enhancement of ZnS-AglnS_2 solid solution nanoparticlcs by post-synthesis treatment

后合成处理显着增强ZnS-AglnS_2固溶体纳米粒子的光致发光

• 发表时间: 2010
• 期刊: Chemical Communications Vol.46
• 作者: Tsukasa Torimoto;Tatsuya Kameyama;et al.
• 通讯作者: et al.

Stacked-structure-dependent photoelectrochemical properties of CdS nanoparticle/layered doublc hydroxide(LDH)nanosheet multilayer films prepared by layer-by-layer accumulation

逐层堆积制备的CdS纳米粒子/层状双氢氧化物(LDH)纳米片多层膜的堆叠结构依赖性光电化学性能

• 发表时间: 2009
• 期刊: Physical Chemistry Chemical Physics Vol.11
• 作者: Tatsuya Kameyama;Tsukasa Torimoto;et al.
• 通讯作者: et al.

Surface-plasmon-enhanced photocurrent generation of CdTe nanoparticle/titania nanosheet composite layers on Au particulate films

• DOI: 10.1016/j.jphotochem.2011.02.029
• 发表时间: 2011-06
• 期刊: Journal of Photochemistry and Photobiology A-chemistry
• 影响因子: 4.3
• 作者: T. Kameyama;Y. Ohno;K. Okazaki;T. Uematsu;S. Kuwabata;T. Torimoto

Photoelectrochemical Properties of Cu_2ZnSnS_4 Nanoparticles Film Prepared via Layer-by-layer Deposition

层层沉积制备Cu_2ZnSnS_4纳米粒子薄膜的光电化学性能

• 发表时间: 2010
• 作者: Tatsuya Kameyama;Tsukasa Torimoto;et al.;Tatsuya Kameyama;Tatsuya Kameyama
• 通讯作者: Tatsuya Kameyama