配向を制御したナノ構造体薄膜の作製とフレキシブル太陽電池への応用

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本研究の目的は、軽量かつフレキシブルな太陽電池への応用が期待されているペロブスカイト太陽電池で発電効率と寿命を低下させる半導体結晶中の欠陥とイオンの拡散を結晶方位の制御により改善することである。結晶構造の制御は１次元ナノ構造体を配列させることによって行うが、本年度はまず、ペロブスカイト太陽電池の電子輸送層にあたる金属酸化物半導体の１次元ナノ構造体を作製した。金属酸化物半導体には酸化チタンを用い、１次元ナノ構造であるナノロッドアレイ形状のものが得られた。その後さらに、ペロブスカイト太陽電池では電子輸送層のキャリア輸送特性及びペロブスカイト層との接合を改善することが発電効率を改善する有効的な手段であることから、酸化チタンへの他元素ドーピングと、ペロブスカイト層と構造的親和性の高い化合物によるヘテロ接合化を行った。その際に２種類の結晶構造の酸化チタンで合成条件とナノロッド形状を比較した。これまでに作製してきた結晶構造では他元素ドーピングによりナノ構造体の形状が変化し、一定以上のドープ率では１次元ナノ構造を維持することが難しかったのに対して、今回作製した化学的安定性が比較的低い結晶構造では、ナノ構造の形態に大きな変化が見られないことがわかった。また、ヘテロ接合化についても、フレキシブル太陽電池への応用により適した、より温和な条件で可能となった。作製したナノ構造体のキャリア輸送特性はナノ構造体の配列方向に沿った測定の実施を進めているところである。以上の通り、本年度は当初の計画である金属酸化物半導体の１次元ナノ構造の作製を行った上で、ドーピングとヘテロ接合化についても研究を進めた。本年度の成果は国内学会２件、国際学会２件で発表している。