光による半導体粒子の形状異方性制御とエネルギー変換材料への応用

光对半导体颗粒形状各向异性的控制及其在能量转换材料中的应用

• 批准号: 20245031
• 负责人: 鳥本 司
• 金额: $ 31.53万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20245031/
• 关键词: ナノ材料; 量子ドット; 触媒・化学プロセス; 電子・電気材料; ZnOナノロッド; 異方性形状; 自己組織化; 太陽電池

シリコン太陽電池に変わる次世代太陽電池の材料として、Cdなどの毒性の高い元素やInなどの希少元素を含まず、かつ高い光活性を示す環境調和型の半導体材料であるCu_2ZnSnS_4(CZTS)が注目され、薄膜太陽電池が試作されている。しかしながら、これまでにCZTSナノ粒子の化学合成はほとんど報告されていなかった。そこで本研究では、高温有機溶媒中における化学反応を利用してCZTSナノ粒子の液相合成を行い、得られた粒子についてその光電気化学特性を調べ、太陽電池の光吸収層としての可能性を検討した。対応する金属イオンの酢酸塩と硫黄粉末を、化学量論比で混合しオレイルアミンに分散させた後、240℃で加熱することにより、5-7nm程度の粒径をもつCZTSナノ粒子を合成した。粒子は、その表面がオレイルアミンで修飾されており、溶液中に安定に分散した状態として得られる。光吸収スペクトルから、粒子のバンドギャップエネルギーは約1.5eVと見積もられる。つぎに、エタンジチオールを架橋剤とする交互吸着法によって、粒子サイズを保ったまま、CZTSナノ粒子を透明電極基板上に積層した。得られたナノ粒子薄膜電極に可視光を照射すると、カソード光電流が得られ、CZTSナノ粒子はp型半導体特性を示した。また、900nm以下の波長の光照射に対して応答した。光電流の立ち上がり電位が、CZTSナノ粒子の価電子帯上端の電位であると見なすと、得られた粒子の伝導帯下端および価電子帯上端の電位は、各々、-1.2Vおよび0.3V vs.Ag/AgClであると見積もることができる。同様の手法を用いることによって、様々な化合物半導体のナノ粒子化が可能となり、本研究成果は、将来の半導体ナノ粒子を用いる太陽電池開発に大いに役立つ。

Cu_2ZnSnS_4（CZTS）是一种环保半导体材料，不含Cd等剧毒元素或In等稀有元素，具有高光活性，作为取代硅太阳能电池的下一代太阳能电池材料而受到关注薄膜太阳能电池原型已经生产出来。然而，到目前为止，化学合成CZTS纳米颗粒的报道还很少。因此，在这项研究中，我们利用高温有机溶剂中的化学反应进行了 CZTS 纳米粒子的液相合成，研究了所得粒子的光电化学性质，并研究了它们作为太阳能电池中的光吸收层的潜力。 。通过将相应金属离子的乙酸盐和硫粉末按化学计量比混合，将混合物分散在油胺中，然后在240℃下加热，合成了粒径约为5-7 nm的CZTS纳米颗粒。颗粒的表面用油胺进行改性，并且获得分散在溶液中的稳定状态的颗粒。根据光学吸收光谱，粒子的带隙能量估计约为 1.5 eV。接下来，使用乙二硫醇作为交联剂，使用交替吸附方法将CZTS纳米颗粒堆叠在透明电极基板上，同时保持颗粒尺寸。当用可见光照射所获得的纳米粒子薄膜电极时，获得阴极光电流，并且CZTS纳米粒子表现出p型半导体性质。它还对900 nm或更短波长的光照射有反应。考虑到光电流的上升电位是CZTS纳米颗粒的价带顶部的电位，所得颗粒的导带底部和顶部的电位分别为-1.2V和0.3V vs.。可以估计为Ag/AgCl。通过使用类似的技术，可以将各种化合物半导体制成纳米颗粒，这项研究成果将对未来使用半导体纳米颗粒的太阳能电池的开发有很大帮助。

项目成果

Fabrication of Nanoframe Structures by Site-selective Assembly of Gold Nanoparticles on Silver Cubes in an Ionic Liquid

• DOI: 10.1246/cl.2011.84
• 发表时间: 2011-01
• 期刊: Chemistry Letters
• 影响因子: 1.6
• 作者: K. Okazaki;Junya Sakuma;J. Yasui;S. Kuwabata;K. Hirahara;N. Tanaka;T. Torimoto

Preparation and Photochemical Properties of Highly Luminescent ZnS-AgInS_2 Solid Solution Nanoparticles

高发光ZnS-AgInS_2固溶体纳米粒子的制备及其光化学性能

• 发表时间: 2008
• 作者: T. Torimoto;et al.
• 通讯作者: et al.

Preparation of AuAg alloy nanoparticles using a chemical reaction induced by sputter deposition of metal onto ionic liquids

利用金属溅射沉积到离子液体上诱导化学反应制备金银合金纳米颗粒

• 发表时间: 2009
• 作者: Toshimasa Suzuki;et al.
• 通讯作者: et al.

Room-Temperature Ionic Liquid. A New Medium for Material Production and Analyses under Vacuum Conditions

• DOI: 10.1021/jz100876m
• 发表时间: 2010-11-04
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
• 影响因子: 5.7
• 作者: Kuwabata, Susumu;Tsuda, Tetsuya;Torimoto, Tsukasa
• 通讯作者: Torimoto, Tsukasa

Photochemical properties of highly luminescent ZnS-AgInS2 solid solution nanoparticles

高发光ZnS-AgInS2固溶体纳米粒子的光化学性质

• 发表时间: 2009
• 作者: Tsukasa Torimoto;et al.
• 通讯作者: et al.