Synthesis of Novel Low-Dimensional Nanomaterials for Application in Solar Cells

用于太阳能电池的新型低维纳米材料的合成

• 批准号: 19J12932
• 负责人: QIAN YANG
• 金额: $ 1.34万
• 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: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J12932/
• 关键词: 二硫化モリブデン; カーボンナノチューブ; 太陽電池; 低次元ナノ材料; CVD合成; １次元ファンデルワールスヘテロ構造; ナノチューブ; ペロブスカイト型太陽電池; 二硫化モリブデン; カーボンナノチューブ; 太陽電池; 低次元ナノ材料; CVD合成; １次元ファンデルワールスヘテロ構造; ナノチューブ; ペロブスカイト型太陽電池

本年度の研究において，二硫化モリブデン(MoS2)の合成制御と1次元ファンデルワールスヘテロ構造の開発及び太陽電池への応用を行った．まず，低圧化学気相成長(CVD)による半導体性MoS2の合成に着目し，新たにパソコンから管理できる安定性の良い低圧CVD装置を自ら設計・構築した．その後，MoS2のCVD合成の最適条件を探し出した．一般的な合成条件としての酸化モリブデン及び硫黄の量，合成温度，Arキャリアガス流量等を変調して合成結果を考察するのみならず，シーディングプロモーターや合成前駆体等MoS2特有の合成条件にも最適化を行った．そして，最適化したMoS2の合成条件を用い，MoS2-窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)-単層カーボンナノチューブ(SWCNT)という「1次元ファンデルワールスヘテロ構造」の合成に成功した．初めて1次元物質においてファンデルワールスヘテロ構造のコンセプトを実現したことから，共著した論文がScience誌で発表された．1次元ファンデルワールスヘテロ構造は自由に構成材料・カイラリティ・直径・層数を変調することができ，従来の2次元ヘテロ構造と異なり斬新な構造となり，将来の幅広く応用が期待されている．さらに，新規低次元ナノ材料太陽電池の実証実験として，新たに開発された1次元ファンデルワールスヘテロ構造を太陽電池に応用した．MoS2-SWCNTのハイブリッド薄膜を元に，ペロブスカイト型太陽電池を作製した．SWCNTのみのペロブスカイト型太陽電池と比べ，MoS2-SWCNTを用いたペロブスカイト型太陽電池の変換効率は約20%向上し，1次元ファンデルワールスヘテロ構造の優れた物性を証明できた．本研究で得られた成果が複数の国際会議で発表され，学術雑誌にも投稿することを予定している．

在今年的研究中，我们对二硫化钼（MOS2）的合成控制，一维范德华异质结构的发展以及对太阳能电池的应用。首先，他专注于使用低压化学蒸气沉积（CVD）的半导体MOS2的合成，并设计和构建了一个可以从计算机管理的新的，稳定的低压CVD设备。之后，发现了MOS2的CVD合成的最佳条件。不仅通过调节氧化钼和硫作为一般条件，合成温度，AR载体气体流量等，还优化了MOS2所特有的合成条件，例如播种启动子和合成前体。然后，使用MOS2的优化合成条件，我们成功合成了称为MOS2硝酸纳米管（BNNT） - 单壁壁挂碳纳米管（SWCNT）的“一维范德华异质结构”。范德华（Van der Waals）异质结构的概念首次在一维材料中实现，并在科学上发表了共同作者的论文。一维的范德华异质结构可以自由调节组成材料，手性，直径和层数，并且与常规的二维异质结构不同，它们是一种新颖的结构，预计将来会广泛使用。此外，作为新的低维纳米材料太阳能电池的演示实验，将新开发的一维范德华异质结构应用于太阳能电池。根据MOS2-SWCNT的混合薄膜制造钙钛矿太阳能电池。与仅具有SWCNT的钙钛矿太阳能电池相比，使用MOS2-SWCNT的钙钛矿太阳能电池的转化效率已提高了约20％，这表明了一维范德华异质结构的出色物理特性。从这项研究获得的结果将在几个国际会议上介绍，并将发布到学术期刊上。