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金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴を用いた量子ドット太陽電池の高効率化

利用金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振提高量子点太阳能电池的效率

基本信息

批准号：
14J10747
负责人：
川脇徳久
金额：
$ 1.41万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体のナノ粒子である量子ドットは、そのサイズによってバンドギャップを大きく変化できるため、次世代の光学材料として注目されている。本年度は、金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴(LSPR)を用いて、量子ドット増感太陽電池の、特に長波長域での効率向上の可能性について検討した。電析で作製した突起状金ナノ粒子では、電析時間が長いほど粒子の突起も長くなる。このような複数の突起をもつような金ナノ粒子は、突起が長くなるほど、LSPRに基づく吸収が長波長側にシフトする。60秒間の電析で作製した突起状金ナノ粒子（B NP60）に、長さ50 nm程度の突起を10個程度確認した。さらに、通常の金属ナノ粒子は加熱によって球状に変化してしまい易いが、金属ナノ粒子の上から比較的低温での酸化亜鉛膜（n型半導体層）を形成するプロセスを確立したことによって、金ナノ粒子の異方性を維持してn型半導体層に導入することが可能となった。次に、この酸化亜鉛膜の上にPbS量子ドットを析出させ、光電流測定を行った。金ナノ粒子を導入しない電極の光電流値に対する、金ナノ粒子を導入した電極の光電流値の比(光電流増強係数)のピーク波長は、球状金ナノ粒子では波長700 nmだが、B NP15（電析時間15秒）では波長900 nm、B NP60では波長1300 nmまで長波長側にシフトした。このことから、粒子形状によって、可視・近赤外領域において光電流増強波長域を制御できることを明らかにした。さらに増強係数はピーク波長域で最大４倍に達した。この研究成果は、ChemNanoMat誌（独Wiley社発行）に掲載され、ChemViews Magazine誌に当該論文が紹介された。LSPRを用いた太陽電池の効率増強において、可視・近赤外領域での光電流増強波長域の制御が可能なことを示したため、所定の目標を達成したといえる。

Semiconductor particles are quantum particles, and the next generation of optical materials are in focus. This year, the possibility of increasing the efficiency of quantum sensitive solar cells in the ultra-long wavelength domain was investigated in the application of local surface resonance (LSPR) of metal particles. Electrodeposition process: Protruding gold particles, electrodeposition time: Long duration: Protruding gold particles For example, the number of protrusions on the surface of the metal particles increases, and the number of protrusions on the surface of the metal particles increases. Electrodeposition in 60 seconds confirmed the formation of 10 protrusions of gold particles (BNP60) with a length of 50 nm. In addition, the metal particles are usually spherical in shape when heated, and the metal particles are relatively low in temperature, and the lead film (n-type semiconductor layer) is formed. The formation of the lead film (n-type semiconductor layer) can be established. The anisotropy of the metal particles can be maintained. Second, the acid lead film on the PbS quantum deposition, photocurrent measurement The ratio of the photocurrent value (photocurrent enhancement coefficient) of the electrode into which the gold particles are introduced to the photocurrent value of the electrode into which the gold particles are introduced is the computer wavelength. For spherical gold particles, the wavelength is 700 nm, for BNP15 (electrolysis time 15 seconds), the wavelength is 900 nm, and for BNP60, the wavelength is 1300 nm. Photocurrent enhancement wavelength domain, particle shape, visibility, near-infrared field, control, illumination The maximum enhancement coefficient in the wavelength domain is 4 times. The results of this research were published in ChemNanoMat (published by Wiley) and introduced in ChemViews Magazine. LSPR solar cell efficiency enhancement in the visible and near-infrared region of the control of the wavelength region can be achieved.