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ワイドギャップ半導体のナノ構造制御と光エネルギー変換デバイスへの応用

宽禁带半导体纳米结构控制及其在光能转换器件中的应用

基本信息

批准号：
11J04433
负责人：
上野慎太郎
金额：
$ 0.83万
依托单位：
University of Yamanashi (2012)Keio University (2011)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題においては,ワイドバンドギャップを持つ代表的な半導体材料である酸化亜鉛(ZnO)の微細構造制御をおこない,色素増感太陽電池(DSSC)電極及び蛍光体への応用を試みた.1.DSSCに関する研究:DSSCの構成部材である透明導電性ガラスを安価なプラスチック基板で代替することを試みた.電極膜が高い色素吸着能を有し,電解液の効率的な拡散を促すためには,ナノボア,マクロボアの両方を導入するのが望ましいが,従来の方法でこうした構造膜の低温作製は困難であった.そこでマクロボアを有する水酸化酢酸亜鉛(LHZA)膜を60℃で基板上に予め作製し,これを(1)溶解・析出法,(2)熱分解法によって,それぞれ120℃以下で目的のナノ構造を持つZnO膜へと変換することに成功した.熱分解法を用いてプラスチック基板(ITO-PEN)上に作製した電極は,最高変換効率3.4%を記録した.また膜内のマクロボアは曲げによって発生する応力を緩和し,曲げによる電池性能劣化を抑えることが分かった.またドクターブレード法による製膜の後120℃で熱処理をおこなった膜は,ZnO系プラスチックDSSCの最高変換効率に並ぶ4.04%を記録した.2.ZnO蛍光体に関する研究:種々の亜鉛塩水溶液にアンモニア水溶液を混合し60℃で保持することによって得られるZnO粒子は,近紫外光照射によって波長560～580nmを中心とするブロードな黄色の発光スペクトルを示す.これらのZnO粒子はマイクロサイズで星型の形態を持っており,それぞれの粒子はナノサイズの配向した微結晶からなることが分かった.合成されたZnO粒子の発光特性,光学バンドギャップは原料に用いる亜鉛塩の種類によって異なり,これらの光学特性変化は,結晶子サイズと相関性があることから,量子サイズ効果に起因することが示唆された.これは原料亜鉛水溶液中に含まれるカウンターアニオンがZnOの核生成・成長速度を決定する因子であるためで,アニオン比を調整することで光学特性のチューニングも可能であることを示した.

This research topic is based on the fine structure control of lead-acidified lead (ZnO), a semiconductor material represented by ZnO.こない, dye-sensitized solar cell (DSSC) electrodes and び蛍光体への応を test みた. 1. DSSC に关する research: DSSC structure Parts and materials: Transparent conductive materials, substrates, substrates, and electrode films, high pigment adsorption energy, electrolysis Liquid の efficiency of な拡sanをpromoting すためには, ナノボア, マクロボアの両方を Import するのが王ましいが, 従来の法でこうしたstruct The low-temperature production of the film is difficult, and the film is produced on a substrate at 60°C using a water-acidified lead anhydride (LHZA) film. , これを (1) Dissolution and precipitation method, (2) Thermal decomposition method によって, それぞれ120℃ or less purpose のナノ structure をhold つ ZnO film へと変The replacement of the electrodes was successful. The thermal decomposition method was used to make the electrodes on the ITO-PEN substrate, and the highest conversion efficiency was 3. 4%をrecorded in the film.する応力をeasing し, quげによるBattery performance degradation を suppressing えることが120°C heat treatment after the film is made using the かった. The highest conversion efficiency has been recorded at 4.04%. 2. Research on ZnO phosphorescent materials: aqueous solution of lead oxide and aqueous solution of lead oxide The ZnO particles were mixed and kept at 60℃, and the ZnO particles were irradiated with near-UV light at a wavelength of 560~580nm.するブロードな黄の発光スペクトルをshowす.これらのZn O-particles are in star-shaped formれのparticles はナノサイズのalignment したmicrocrystalline からなることが分かった.Synthetic されたZnO particles の発optical characteristics, optical バンドギャップは Raw materials are used いる亜 Lead 塩の Kinds によって Different なり, これらの Optical properties change は, Crystallizer サイズと Correlation があることから, Quantum The cause of the サイズ effect is the することが Showing the された. The これは raw material contains まれるカウンターアニオンがZnOのnucleation and formation in the lead aqueous solution. Long speed をdetermination factor であるためで, アニオンratio をadjustment することでOptical propertiesのチューニングもpossibleであることをshowした.