Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

フォトニック結晶 / 電気化学 / リソグラフィー / ３次元 / 酸化チタン / ボトムアップ / ナノ構造 / プラズモン / 光熱変換 / 光圧 / ナノ加工 / 微細構造 / 自己集積 / ナノ構造作製 / 反応性イオンエッチング / 電解液 / 屈折率 / 誘電率 / 太陽電池 / 傾斜エッチング

光の半導体と呼ばれるフォトニック結晶の光化学反応への応用を念頭に、本研究では、光酸化還元能を持つ酸化チタンによるフルフォトニックバンドギャップ（３次元に完全に光を閉じ込める能力）を有するフォトニック結晶構造の探索を行った。
本研究の成果は大きく３つに分かれる。１）酸化チタン/電解液で構成されるフルフォトニックバンドギャップを持つ構造体を計算上発見し、２）そのような構造体を作製するために酸化チタンのリソグラフィー技術を確立し、３）実際に構造体を作製し１の計算の正しかったことを実験的に確認した、ことである。

色素増感 / 光電変換 / 自己組織化 / 自己集積 / 太陽電池 / 微粒子 / 酸化チタン / オパール / フォトニック結晶 / 熱輻射 / 散逸過程 / ポリスチレン微粒子 / 微粒子アレイ / 毛管力 / 表面張力

本研究は、散逸過程により作製される微粒子の規則構造を用いた光→化学エネルギー変換機能材料を作製することを目的としている。取り扱った散逸構造は、薄膜上の溶液に働く移流を利用して直径19nmから21μmの微粒子を集積する二次元コロイド結晶と言う構造体であり、作製条件により微粒子を一層、二層、三層と層数を作り分けることが出来るなどの特徴を持つ。この規則構造体の応用として、本プロジェクトではフォトニック結晶を取り上げている。フォトニック結晶とは光の波長程度の規則構造体であり、光を制御する材料として注目を集めている。
昨年は、フォトニック結晶で色素の発光を抑制することにより、色素増感型太陽電池の一色素あたりの光電変換効率が変化することを報告した。今年度は、様々な粒径の色素増感型フォトニック結晶電極を作製し、時間分解蛍光測定を行った。本測定の結果を用いて、フォトニック結晶内で発光が抑制されている色素の励起電子の寿命が構造によりどのように変化するかを検討し、光電変化効率変化にフォトニック結晶構造がどのように効いているのかを検討した。
尚、本プロジェクトの研究成果については以下のマスコミで取り上げていただいたので、本欄にて報告する;
・2004年10月15日発電効率高める(日経産業新聞)
・2004年10月18日光電変換効率アップ(化学工業日報)
・2004年11月フォトニック結晶により太陽電池の効率が向上(雑誌polyfile)
・20G4年12月理化学研究所、自己集積型フォトニック結晶を用いて色素増感型太陽電池の光電変換効率を向上(雑誌OPTRONICS)

【研究分担者】
松谷晃宏	東京工業大学	技術部	技術職員	(Kakenデータベース)