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Photoexcited carrier dynamics of double-layered PbS/CdS quantum dot sensitized solar cells characterized by transient absorption methods
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Sato, Koki Ono, Keita Izuishi, Takuya Kuwahara, Shota Katayama, Kenji Toyoda, Taro Shen, Qing |
| Copyright Year | 2016 |
| Abstract | 【緒言】量子ドット増感型太陽電池(QDSSC)は、半導体量子ドット(QDs)を増感剤として用いた太陽電 池であり、理論効率が高く、安価・簡便に作製可能であることから注目を集めている。しかしながら、 QDs 表面には多くの欠陥準位が存在することから、その光電変換効率は未だ 9%程度である 。そのた め、量子ドット表面を処理することによる光電変換効率向上を目指す研究が多く行われている。その一 つに PbS/CdS 複合化 QDSSC がある。多くの欠陥準位を有する PbS QDs に対し、CdS で表面処理した PbS/CdS 複合化 QDSSC において、PbS QDSSC に比べ、QDs 欠陥準位の減少や電流値の向上により、 4%以上の光電変換効率が報告されている 。しかし、複合化 QDsを用いた QDSSCの作用電極界面は極 めて複雑系であるため、光電変換効率上昇のメカニズムを解明した報告例は少なく、再結合過程や QDs 表面の欠陥準位におけるトラップなどの電荷移動の解明が重要な課題となっている。 今回、我々は、光吸収率の時間変化を測定する過渡吸収(TA)法を適応させることで、psまたは μs-ms 領域における作用電極界面でのキャリアダイナミクスを観測し、複合化 QDSSCの光電変換効率上昇の メカニズムの解明を行った。 【実験】作用電極は、酸化チタンナノ構造薄膜に SILAR 法で PbS QDsと CdS を化学吸着し、ZnS表面 処理行ったものを用いた。 本研究で用いたサンプルは以下の通りである:ZnS(6)/PbS(1)/TiO2, ZnS(2)/CdS(5)/PbS(1)/TiO2 ((n)は吸着回数である)。Nd:YAG レーザー (波長 470 nm, 4ns pulse)(μs-TA 装 置)、または、Ti:Safpphire(波長 470 nm, 150fs pulse) (ps-TA 装置)のパルス励起光を用いてサンプルを励起 させ、波長 785 nmの連続光を検出光とし、TA応答を測定した。 【結果と考察】図1は各試料の ps-TA応答である。この早い時間領域での TA 応答において、信号強度 は QDs内で励起された電子密度に対応し、1-20 psにおいて、QDs内で の励起された電子の QDs 欠陥準位におけるトラップ過程が観測される ことがこれまでの研究から明らかとなっている 。各 TA 応答を解析し た結果、励起電子は TiO2 への注入前に PbS/TiO2 系で 87%、CdS/PbS/ TiO2系で 58%の電子が欠陥でトラップされており、CdS 複合化により、 TiO2への電子注入量が多くなることが示唆された。 図 2 は各試料の μs-TA応答である。この遅い時間領域での TA応答にお いて、信号強度は TiO2に注入された電子密度に対応している 。信号強 度が PbS/ TiO2 系に比べ、CdS/PbS/ TiO2 系で 2 倍以上となっており、 TiO2への電子注入量が大幅に増加していることが確認された。また、時 定数を算出したところ PbS/TiO2系で 500 μs、CdS/PbS/TiO2系で 2 msで あり、CdS 複合化により、TiO2 に注入された電子の電子寿命が著しく 長くなることが明らかとなった。以上のことから、PbS/CdS 複合化 QDSSCの電流値向上の要因としては、欠陥における電子のトラップの 大幅な減少と電子注入量増大のためであると示唆される。 1 J. Wan, Q. Shen, et al., J. Mater. Chem. A., 2016, Advanced article. 2 V. Gonzalez-Pedro, et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 13835. 3 S. Hachiya, et al., J. Appl. Phys., 2012, 111, 104315. 4 J. Chang, K.Sato, et al., Sol. Energy., 2015, 122, 307. 5 N. Maeda, et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 11006. 図 1 各試料における ps-TA応答 |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://confit.atlas.jp/guide/event-img/jsap2015s/14a-D15-2/public/pdf?type=in |
| Alternate Webpage(s) | https://confit.atlas.jp/guide/event-img/jsap2016s/19a-P5-35/public/pdf?type=in |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
