プラズモン光アンテナを用いた透明太陽電池の構築

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プラズモンモードと共振器モードの強結合により広帯域で高効率に光吸収可能なナノ共振器構造の作製手法について検討を行った。従来の石英基板からイットリア安定化ジルコニア基板へと基材を見直し、反射層として金、p型半導体として酸化ニッケル、n型半導体としてチタン酸ストロンチウムを用いてナノ共振器を構築することで、格子整合由来と思われる結晶配向性の高いナノ共振器構造の作製に成功した。しかし、共振器型のプラズモン太陽電池では半導体の整流性に課題が残っている。一方、pn接合界面の空乏層がプラズモン誘起電荷分離と密接に関係していることをこれまでに明らかにしており、この知見を活かして半導体のキャリア密度を制御することで半導体の整流性も改善可能であると考えている。現状では近赤外域で発電する透明太陽電池の構築は未達成であるが、金ナノ微粒子を増大させることでプラズモン共鳴帯の長波長化は対応可能であり、ナノ共振器の反射膜を近赤外光を反射する透明材料に置き換えることで、近赤外域でプラズモンモードと共振器モードの強結合を用いた高効率な光電変換応用へと繋がるものと考えている。また、本研究を進める中で、n型半導体の酸化チタンのキャリア移動度を極端に低下させると、照射波長により観測される光電流の極性が変わることも見出し、論文として発表した。このような光スイッチング現象は、様々なナノフォトニクスデバイスへの応用が期待できる。