光電変換効率の増強を示すハライド・ペロブスカイトの三次元フォトニック結晶の作製

卤化物钙钛矿三维光子晶体的制备显示出更高的光电转换效率

基本信息

  • 批准号:
    22K18902
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.16万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2022-06-30 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

フォトニック結晶は、光の波長と同程度の間隔で屈折率分布を有するナノ周期構造をもつ人工結晶である。フォトニック結晶は、光子のエネルギーに対して、バンド構造が形成される特徴があり、特定波長の光が侵入できなかったり、内部に閉じ込められたりするなどの現象が観察される。一方、ペロブスカイト型の結晶構造をもつ金属ハライド化合物が、極めて高い光電変換効率を実現する材料として見出され、太陽電池周辺の半導体分野で活発に研究されている。この金属ハライド・ペロブスカイト化合物でフォトニック結晶を形成できれば、光電エネルギー変換の増強などの高度な制御の実現が期待できる。しかし、その作製法は十分に確立されていない。本研究では、ペロブスカイトからなるフォトニック結晶の作製を目指す。まず、テンプレート法によるフォトニック結晶の形成を試みた。原理検証として、単層のポリスチレン・コロイド結晶をテンプレートに用い、テンプレートの空隙内に、ペロブスカイト化合物を成長させた後、テンプレートを除去することでペロブスカイト化合物の二次元フォトニック結晶を得ることを試みた。ペロブスカイト化合物として、メチルアンモニウムヨウ化ビスマス (MA3Bi2I9)を用いた。ミストデポジション法により、ポリスチレン・コロイド結晶内にMA3Bi2I9を成長させることができることを確認した。その後、トルエンに浸漬することで、ポリスチレン・コロイドを選択的に溶解除去することができ、周期構造を有するMA3Bi2I9層を得ることができた。
光子晶体是一种具有纳米周期结构的人造晶体,其折射率分布的间隔与光的波长相当。光子晶体的特点是响应光子的能量而形成能带结构,并观察到特定波长的光无法进入或被困在内部等现象。另一方面,作为实现极高光电转换效率的材料,已发现具有钙钛矿型晶体结构的金属卤化物化合物,并且在围绕太阳能电池的半导体领域中正在积极研究。如果可以由这种金属卤化物钙钛矿化合物形成光子晶体,我们有望实现先进的控制,例如增强光电能量转换。但其生产方法尚未完全确立。在这项研究中,我们的目标是制造由钙钛矿制成的光子晶体。首先,我们尝试使用模板法形成光子晶体。作为原理证明,我们使用单层聚苯乙烯胶体晶体作为模板,在模板的空隙中生长钙钛矿化合物,然后去除模板以获得钙钛矿化合物的二维光子晶体。使用甲基碘化铋铵(MA3Bi2I9)作为钙钛矿化合物。我们证实,MA3Bi2I9 可以使用雾沉积法在聚苯乙烯胶体晶体内生长。然后将其浸入甲苯中,可以选择性地溶解和去除聚苯乙烯胶体,得到具有周期性结构的MA3Bi2I9层。

项目成果

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