回折および分光手法による酸化物表面での局在量子構造解析

使用衍射和光谱技术对氧化物表面进行局域量子结构分析

基本信息

批准号：
12130201
负责人：
松原英一郎
金额：
$ 50.56万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

放射光やX線による局所構造評価技術を利用し、理論計算グループ(A01班)および分析電子顕微鏡評価グループ(A02班)など他班と連携し、環境とエネルギーをキーワードに、局在量子構造制御による物質創製を目指して、(1)チタン酸化物系光触媒物質の高効率化、(2)高効率太陽電池用SiGe多結晶の創製の2つの課題に取り組んだ。また、新しい局所構造評価技術として、(3)蛍光X線ホログラフィー法の高精度化についても研究を展開し,以下のような主要研究成果を挙げた。1.成膜した非晶質チタン酸化物薄膜を結晶化することによって、高い光触媒活性を示す準安定なアナターゼ相を優先的に成長できることを、アモルファス相からアナターゼ相とルチル相が形成する際のそれぞれのエネルギー変化を見積もることで予測した。これに基づいて実際にレーザーアブレーション法によって非晶質チタン酸化物薄膜を成膜し、基材の材質には無関係にアナターゼ単相の成膜ができることを示した。2.チタン酸化物薄膜やペロブスカイト型チタン複合酸化物粉末を部分硫化することによって、可視光側に広い吸収を示すようになり、高効率な光触媒能が実現できることを計算から予測し、これらの物質の製造にも成功した。3.少量のGeの組成分布を導入して、吸収係数の増加と吸収可能波長域の拡大を実現し、屈折率分布による光散乱により光路長の増加を実現することで光電流の増加による多結晶Si太陽電池の変換効率を改善できることを予測し、実用キャスト成長法を用いて製造したSiGeバルク多結晶を用いて、効率改善を実証した。4.新しい解析アルゴリズムを開発し、新構造解析技術である蛍光X線ホログラフィーの定量化の問題の解決に目処をつけることができた。

利用同步辐射和X射线的局域结构评估技术，我们与理论计算组（A01组）和分析电子显微镜评估组（A02组）等其他组合作，以环境和能量为关键词控制局域量子结构为了使用这种方法制造材料，我们解决了两个挑战：(1) 提高氧化钛光催化剂材料的效率；(2) 制造用于高效太阳能电池的 SiGe 多晶。我们还针对（3）提高荧光X射线全息术作为一种新的局部结构评估技术的精度进行了研究，并取得了以下主要研究成果。 1.通过使所形成的非晶氧化钛薄膜结晶，可以优先生长表现出高光催化活性的亚稳态锐钛矿相。通过估计每个能量变化来做出预测。基于此，我们实际上使用激光烧蚀法形成了非晶态氧化钛薄膜，并且表明无论基材的材料如何，都可以形成单相锐钛矿膜。 2.我们通过计算预测，通过部分硫化二氧化钛薄膜和钙钛矿型钛复合氧化物粉末，它们在可见光侧表现出广泛的吸收并实现高效的光催化活性。 3.引入少量的Ge成分分布增加了吸收系数并扩大了可吸收的波长范围，并由于折射率分布而增加了光路长度，我们预测晶体硅太阳能电池的转换效率可以提高。进行了改进，并证明了使用实际铸造生长方法制造的 SiGe 块状多晶可以提高效率。 4.我们开发了一种新的分析算法，并能够使用荧光X射线全息术（一种新的结构分析技术）找到量化问题的解决方案。