地方独立行政法人大阪産業技術研究所 森之宮センター

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無機薄膜研究室

金属酸化物系無機薄膜の開発および応用研究を行っています。新しい無機薄膜製造プロセスを開発するとともに、その薄膜の電磁気・光学性能を評価し、半導体・磁性体デバイスや各種機能薄膜への応用を図っています。

担当者 お問い合わせなどについては「*」印の連絡担当者へお願い致します。

  1. 千金正也 *
  2. 品川勉
  3. 谷淳一
対応する業界、素材や技術

薄膜、太陽電池、電気化学、ソフト溶液プロセス、めっき、反射防止膜、酸化物薄膜、半導体薄膜

研究内容

電析法を用いたナノ構造体形成技術の開発と応用

水溶液中の電解反応を用いて、酸化亜鉛、亜酸化銅などの酸化物半導体を製膜しています。本製膜プロセスは、スパッタリングなどの真空製膜法と比較して、結晶ファセットが明瞭で粒径の大きな多結晶膜が得られることが特徴です。本研究では、こうした製膜特性を活かして結晶形態を制御したナノ構造体の開発に取り組むとともに、太陽電池などエネルギーデバイスへの応用も進めています。

電解析出法による酸化チタン膜の作製と色素増感太陽電池への応用

色素増感太陽電池(Dye-Sensitized Solar Cells; DSSC)は、製造コストを抑えられ、軽量化、フレキシブル化が容易な太陽電池として、研究開発が盛んにおこなわれています。酸化チタン膜はDSSCにおいて、色素を吸着保持し、色素の光吸収によって励起した電子を取り出すための電極として用いられており、非常に重要な部材です(図1挿入)。
本研究室では、電解析出法による酸化チタン膜の作製に取り組んでいます。まず、加水分解しにくく安定な、ヘキサフルオロチタン酸アンモニウム((NH4)2TiF6, ATF)と硝酸アンモニウムを含む水溶液から、電解析出法を用いて、酸化チタン中空粒子膜を作製しました(図2)。これを用いたDSSCのエネルギー変換効率は0.63%でした。
さらに、チタン源として、安定で有害成分をもたないチタン乳酸錯体:Titanium(IV) bis(ammonium lactato)dihydroxide (TALH)(図3)を用い、電解析出法と熱処理によって、膜厚5 μm以上の酸化チタン膜を作製しました。これを導入したDSSCの変換効率は5.15 %でした。電析酸化チタン膜を用いたDSSCでは、最高値となります。

トピックス

無機薄膜の構造(結晶構造、形態や膜厚など)や物性(光学、電気、磁気的特性)、表面分析(元素分析)、および太陽電池セルの評価が可能です。

研究成果

過去10年間、職員First author
  1. Shinagawa, T.; Shibata, K.; Shimomura, O.; Chigane, M.; Nomura, R.; Izaki, M., Solution-processed high-haze ZnO pyramidal textures directly grown on a TCO substrate and the light-trapping effect in Cu2O solar cells. J. Mater. Chem. C 2014, 2 (16), 2908-2917.
  2. Shinagawa, T.; Izaki, M., Morphological evolution of ZnO nanorod arrays induced by a pH-buffering effect during electrochemical deposition. RSC Adv. 2014, 4 (59), 30999-31002.
  3. Chigane, M.; Shinagawa, T., Preparation of Thick Titanium Dioxide Films by Repeated Electrolysis-Calcination for Dye-Sensitized Solar Cells. J. Electrochem. Soc. 2014, 161 (3), E40-E43.
  4. Shinagawa, T.; Onoda, M.; Fariza, B. M.; Sasano, J.; Izaki, M., Annealing effects and photoelectric properties of single-oriented Cu2O films electrodeposited on Au(111)/Si(100) substrates. J. Mater. Chem. A 2013, 1 (32), 9182-9188.
  5. Shinagawa, T.; Ida, Y.; Mizuno, K.; Watase, S.; Watanabe, M.; Inaba, M.; Tasaka, A.; Izaki, M., Controllable Growth Orientation of Ag2O and Cu2O Films by Electrocrystallization from Aqueous Solutions. Cryst. Growth Des. 2013, 13 (1), 52-58.
  6. Shinagawa, T.; Chigane, M.; Murase, K.; Izaki, M., Drastic Change in Electrical Properties of Electrodeposited ZnO: Systematic Study by Hall Effect Measurements. J. Phys. Chem. C 2012, 116 (30), 15925-15931.
  7. Chigane, M.; Shinagawa, T., Titanium dioxide thin films prepared by electrolysis from aqueous solution of titanium-lactic acid complex for dye-sensitized solar cells. Thin Solid Films 2012, 520, 3510-3514.
  8. Shinagawa, T.; Watase, S.; Izaki, M., Size-Controllable Growth of Vertical ZnO Nanorod Arrays by a Pd-Catalyzed Chemical Solution Process. Cryst. Growth Des. 2011, 11 (12), 5533-5539.
  9. Shinagawa, T.; Nadarajah, A.; Konenkamp, R. In All-solution-processed CIS solar cells based on electrodeposited ZnO nanopillars, Nanotechnology (IEEE-NANO), 2011 11th IEEE Conference on, 15-18 Aug. 2011; 2011; pp 343-346.
  10. Shinagawa, T.; Izaki, M. In Structure-controlled ZnO/Cu2O inorganic solar cells by electrodeposition, Nanotechnology (IEEE-NANO), 2011 11th IEEE Conference on, 15-18 Aug. 2011; 2011; pp 347-350.
  11. Chigane, M.; Hatanaka, Y.; Shinagawa, T., Enhanced antireflection properties of silica thin films via redox deposition and hot-water treatment. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010, 94 (6), 1055-1058.
  12. Shinagawa, T.; Murase, K.; Otomo, S.; Katayama, J.; Izaki, M., Effects of Counteranions and Dissolved Oxygen on Chemical ZnO Deposition from Aqueous Solutions. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, H320-H326.
  13. Shinagawa, T.; Murase, K.; Izaki, M., Sustainable Electrodeposition of ZnO by a Galvanic Contact Method. Electrochem. Solid-State Lett. 2009, 12, D72-D75.
  14. Chigane, M.; Watanabe, M.; Izaki, M.; Yamaguchi, I.; Shinagawa, T., Preparation of Hollow Titanium Dioxide Shell Thin Films by Electrophoresis and Electrolysis for Dye-Sensitized Solar Cells. Electrochem. Solid-State Lett. 2009, 12, E5-E8.
  15. Chigane, M.; Izaki, M.; Watanabe, M.; Yamaguchi, I.; Shinagawa, T.; Ishikawa, M., Effects of cetyltrimethylammonium bromide on redox deposition and rectification properties of silicon oxide thin film. Thin Solid Films 2009, 517 (11), 3230-3234.
  16. Ida, Y.; Watase, S.; Shinagawa, T.; Watanabe, M.; Chigane, M.; Inaba, M.; Tasaka, A.; Izaki, M., Direct Electrodeposition of 1.46 eV Bandgap Silver (I) Oxide Semiconductor Films by Electrogenerated Acid. Chem. Mater. 2008, 20 (4), 1254-1256.
  17. Chigane, M.; Izaki, M.; Hatanaka, Y.; Shinagawa, T.; Ishikawa, M., Redox Deposition of Silica Thin Films: Effect of Hydrogen Peroxide and Poly (vinylpyrrolidone) on Film Growth. J. Electrochem. Soc. 2008, 155, E43-E48.
  18. Shinagawa, T.; Otomo, S.; Katayama, J.; Izaki, M., Electroless deposition of transparent conducting and 0 0 0 1-oriented ZnO films from aqueous solutions. Electrochim. Acta 2007, 53 (3), 1170-1174.
  19. Shinagawa, T.; Izaki, M.; Murase, K.; Uruga, T.; Nakamura, T.; Matsumura, Y.; Awakura, Y., Thermal phase transformation of ZnO-based transparent ferromagnetic composite films and the change in magnetic characteristics. J. Electrochem. Soc. 2006, 153, G168-G174.
  20. Shinagawa, T.; Izaki, M.; Inui, H.; Murase, K.; Awakura, Y., Microstructure and electronic structure of transparent ferromagnetic ZnO-spinel iron oxide composite films. Chem. Mater. 2006, 18 (3), 763-770.
  21. Chigane, M.; Izaki, M.; Hatanaka, Y.; Shinagawa, T.; Ishikawa, M., Effect of dimethylamine borane concentration on antireflection properties of silica thin films via redox deposition. Thin Solid Films 2006, 515 (4), 2513-2518.
  22. Shinagawa, T.; Izaki, M.; Inui, H.; Murase, K.; Awakura, Y., Characterization of transparent ferromagnetic Fe: ZnO semiconductor films chemically prepared from aqueous solutions. J. Electrochem. Soc. 2005, 152, G736-G741.
  23. Shinagawa, T.; Izaki, M.; Matsumura, Y.; Murase, K.; Awakura, Y., Transparent ferromagnetic semiconductor Fe-Zn-O heterogranular films. Electrochem. Solid-State Lett. 2004, 7, G235-G237.
  24. Chigane, M.; Izaki, M.; Shinagawa, T.; Ishikawa, M., Preparation of silica thin films by reduction of aqueous solution. Electrochem. Solid-State Lett. 2004, 7, D1.

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