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

基本信息

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

项目摘要

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，我们控制了二硫化钼（MoS2）的合成，开发了一种一维范德华异质结构，并将其应用于太阳能电池。首先，我们专注于通过低压化学气相沉积（CVD）合成半导体MoS2，并设计和建造了一种可以通过个人计算机管理的新型稳定的低压CVD设备。之后，我们寻找CVD合成MoS2的最佳条件。除了通过调节氧化钼和硫的量、合成温度、Ar载气流量等作为一般合成条件来检查合成结果外，我们还检查了MoS2特有的合成条件，例如引晶促进剂和合成前体优化。被执行。利用优化的MoS2合成条件，我们成功合成了MoS2-氮化硼纳米管（BNNTs）-单壁碳纳米管（SWCNTs）的“一维范德华异质结构”。合作论文发表在《Science》杂志上，首次实现了一维材料中范德华异质结构的概念。一维范德华异质结构可以自由调控组成材料、手性、直径和层数，使其成为一种有别于传统二维异质结构的新颖结构，未来有望拥有广泛的应用。此外，作为新型低维纳米材料太阳能电池的演示实验，我们将新开发的一维范德华异质结构应用于太阳能电池。我们制造了基于MoS2-SWCNT混合薄膜的钙钛矿太阳能电池。与仅由SWCNT制成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换效率提高了约20%，展示了一维范德华异质结构的优异物理性能。这项研究获得的结果将在多个国际会议上发表，我们也计划将其提交给学术期刊。

项目成果

期刊论文数量（17）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ヘテロ多層ナノチューブの合成と転写

异质多壁纳米管的合成与转移

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
村上大巧;荒井隼人;鄭永嘉;銭洋;井ノ上泰輝;項栄;千足昇平;丸山茂夫
通讯作者：
丸山茂夫

Peking University/Jiangnan Graphene Research Institute(中国)

北京大学/江南石墨烯研究院（中国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Perovskite nanowire networks for photodetectors

用于光电探测器的钙钛矿纳米线网络

DOI：
10.1088/1674-4926/42/11/110202
发表时间：
2021-11-01
期刊：
Journal of Semiconductors
影响因子：
5.1
作者：
Hai Zhou;Hao Wang;Liming Ding
通讯作者：
Liming Ding

Synthesis of boron nitride nanotubes and MoS2@BNNTs heteronanotubes

氮化硼纳米管和MoS2@BNNTs异质纳米管的合成

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Liu; Y. Zheng; Y. Qian; R. Xiang; T. Inoue; S. Chiashi; E. I. Kauppinen; S. Maruyama
通讯作者：
S. Maruyama

Chemical vapor deposition of one-dimensional heterostructures

一维异质结构的化学气相沉积

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Y. Zheng; Y. Qian; M. Liu; A. Kumamoto; Y. Ikuhara; E. I. Kauppinen; S. Chiashi; T. Inoue; R. Xiang; S. Maruyama
通讯作者：
S. Maruyama