金属酸化物の複合化における半導体界面物性の解明と高効率光電変換デバイス応用

阐明金属氧化物复合材料中的半导体界面特性及其在高效光电转换器件中的应用

基本信息

批准号：
12J11240
负责人：
酒井誠弥
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Toin University of Yokohama
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

[研究目的]増感型太陽電池内における複合型金属酸化物(酸化亜鉛, 酸化チタン, 酸化マグネシウム)の半導体物性を解明する。[研究意義および重要性]本研究は、酸化亜鉛(ZnO)や酸化チタン(TiO_2)、酸化マグネシウム(MgO)を簡易な化学処理によって複合化し、その半導体特性を評価するものである。さらに、ハライド化鉛ペロブスカイト化合物で増感させた複合型金属酸化物半導体材料は、発光デバイスや透明導電性材料、太陽電池などに応用されている。半導体材料は、複合化させることで更にデバイス性能を向上できるものが多数あり、本研究のように半導体の複合化および特性評価をすることはデバイス応用の際には特に重要であり、半導体物性を解明することで他種の酸化物半導体への化学処理技術の応用も考えられる。その結果、より高出力なLEDやレーザー、低コスト透明導電性材料などへの技術応用が期待できる。[研究内容および成果]酸化亜鉛および酸化チタン複合半導体の半導体物性ZnOに対してTiCl_4処理をすることでTiO2被覆ZnO半導体を作製した。この複合化半導体の特性として、電解質溶液中に含まれる電子受容体への逆方向電子移動を抑制していることが明らかとなった。また、半導体中の電子伝導帯の下端準位もTio2で被覆することでZnO単体と比較し、より高いエネルギー位置へとシフトしていることも示唆された。この二つの特性を同時に有することは非常にまれであり、優れた半導体材料であることが証明された。酸化マグネシウムの効果ZnO/TiO_2に絶縁体である金属酸化物MgOを被覆させ半導体特性を変化させた。これを色素増感太陽電池に応用し田結果、出力電圧値の向上に成功した。また、TiO_2にMgOを被覆させ形態変化を伴う界面構造の改善も発見することができた。このTiO_2/MgOは他の太陽電池やデバイスの電荷再結合抑制層として応用できる可能性がある。

[研究目的] 阐明复合金属氧化物（氧化锌、氧化钛、氧化镁）在敏化太阳能电池中的半导体特性。【研究意义和重要性】本研究旨在通过简单的化学处理合成氧化锌（ZnO）、氧化钛（TiO_2）和氧化镁（MgO），并评价其半导体性能。此外，以卤化铅钙钛矿化合物敏化的复合金属氧化物半导体材料应用于发光器件、透明导电材料、太阳能电池等。有许多半导体材料可以通过复合来进一步提高器件性能，正如本研究中一样，半导体的复合和表征对于器件应用尤为重要，一旦明确了这一点，提高半导体的物理性能就显得尤为重要。可以将化学处理技术应用于其他类型的氧化物半导体。因此，我们预计该技术将应用于更高功率的LED和激光器、低成本透明导电材料等。 [研究内容及结果] 氧化锌与氧化钛复合半导体的半导体物理性质用TiCl_4处理ZnO制备了TiO2包覆的ZnO半导体。可知该复合半导体的特征在于抑制向电解液中所含的电子受体的反向电子传递。还表明，与单独的 ZnO 相比，通过涂覆 TiO2，半导体中电子导带的下端能级也转移到更高的能量位置。同时具备这两种特性极为罕见，已被证明是一种优异的半导体材料。氧化镁的作用ZnO/TiO_2被绝缘体金属氧化物MgO包覆,改变其半导体性能。通过将其应用于染料敏化太阳能电池，我们成功地提高了输出电压值。此外，我们还发现，通过用 MgO 涂覆 TiO_2，界面结构得到改善，同时形态也发生变化。该TiO_2/MgO可用作其他太阳能电池和器件中的电荷复合抑制层。