研究トピックス

次世代太陽電池開発につながる
ビスマス系薄膜による高性能光応答素子の作製に成功!!

応用化学専攻の佐伯昭紀准教授らの研究グループは、JST戦略的創造研究推進事業において、価格、低毒性、安定性に優れた硫化ビスマスの成膜プロセスを開発し、高性能光応答素子の作製に成功しました。


光を電気に、または電気を光に変換する光電変換素子は、それぞれ太陽電池や光検出器、発光ダイオードなどとして社会のさまざまな場所で利用されています。実用化されているこれらの光電変換材料が含んでいる元素には、高価なものや有毒なものがあります。そこで、安価・低毒・安定でかつ高性能な新規光電変換材料が世界中で開発されています。

しかし、光電変換素子の材料探索は、これまで1つの材料でも数年を要していました。
これに対し、佐伯准教授らの研究グループは独自の超高速スクリーニング法で200種類以上の材料を探索し、安価でより低毒な硫化ビスマスが優れた光電気特性を持つことを見いだしたのです。


ただし、硫化ビスマスは溶媒に溶けにくい粉末材料であり、このままでは素子に応用することはできません。そこで、研究グループは2段階の熱処理を施すことにより、高品質の硫化ビスマス薄膜を形成することに成功。従来のプロセスで作製した硫化ビスマス薄膜に比べて、素子の光応答性能を6倍~100倍以上向上させることができました。

図 硫化ビスマス(Bi2S3

無機半導体で、黒~灰色の粉末。ビスマスは元素周期表で鉛(Pb)のすぐ右に位置している。原子量の大きな重金属だが、毒性は鉛に比べて格段に低いとされている。しかし硫化ビスマスは粉末のままでは不溶で、素子は作製できない。

研究グループは、今後も超高速スクリーニング法を駆使し、さらに新規プロセスを他の材料にも適用して、優れた次世代太陽電池材料を開発していく予定です。


本研究成果は、2018年9月5日(米国東部時間)に米国化学会誌「The Journal of Physical Chemistry Letters」のオンライン速報版に掲載されました。


詳しくはこちらhttps://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2018/20180906_1

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