甲南大学地域連携センター

KONAN INFINITY

2017年度版

化合物半導体を利用した太陽エネルギー変換
化合物半導体を利用した太陽エネルギー変換

 
理工学部 機能分子化学科 教授

池田 茂
光触媒・光電極による光エネルギーの化学的利用

水分解による水素製造は、将来の社会エネルギーシステムのための新技術として注目されています。その実現のため、太陽エネルギーを利用した光触媒による水分解への期待が高まっています。しかし、現状のこの系のエネルギー変換効率は、太陽電池と比べるととても低く、いかに効率を向上させるかが研究のターゲットとなっています。私たちの研究室では、反応系や光触媒の電子エネルギー構造を制御することにより、その実現を目指しています。最近では、太陽電池に利用されるCuInS2およびCu2ZnSnS4(CZTS)の化合物薄膜を光電極触媒とした反応系において、有意な太陽光変換効率を実現しています。

太陽電池における新材料・新技術

CIGS系薄膜太陽電池は、省資源型であることから、将来の太陽電池の本命とも目されています。しかし、その製造には、大規模な真空設備を必要とすることに加えて、希少元素を利用しているなどの根本的な問題があります。そこで、私たちは、電気化学的手法、スプレー法、塗布法などの簡便な非真空製膜技術をつかって、資源的に豊富な元素のみを使って製造できる新たな化合物薄膜太陽電池の開発について研究を行っています。たとえば、電気化学法で堆積させたCu、Sn、Zn積層膜を適当な処理条件で硫化することによって、In、Gaを含まないレアメタルフリー光吸収層(CZTS)の高密度製膜を実現しています。このCZTS薄膜を光?吸収層として用いた薄膜太陽電池において、世界最高レベルの変換効率を達成しました。

派生技術:かたちの制御

金属ナノ粒子は、極めて高い触媒活性をもっていますが、融合して大きな粒子になろうとする性質があります。そのため、ナノ粒子表面をポリマーや有機分子で修飾するなどの工夫が必要です。しかし、このような修飾剤は金属ナノ粒子上の反応活性点も覆ってしまうため、金属ナノ粒子特有の高い触媒作用を低下させる原因になります。私たちは、高活性な金属ナノ粒子触媒を設計する1つの指針として、中空シェルに「はだか」の金属ナノ粒子を内包させたコア-シェル構造を提案するとともに、その実現のための研究をすすめています。

【研究助成】

○科学研究費助成事業基盤研究(B)(平成27年度~平成29年度)

銅アンチモン、銀アンチモン硫化物薄膜の精密合成と太陽光エネルギー変換への応用