Title Author(s) SYNTHESIS OF HEMATITE NANOSTRUCTURES FOR DYE-SENSITIZED SOLAR CELL APPLICATION 色素増感太陽電池応用に向けたヘマタイトナノ構造の合成 Mohamed Rashid, Norhana Binti Citation Issue Date URL 2016-03-31 http://repo.lib.nitech.ac.jp/handle/123456789/26782 Rights Type Textversion Thesis or Dissertation ETD ・名古屋工業大学学術機関リポジトリは、名古屋工業大学内で生産された学術情報を電子的に収集・保存・発信するシステムです。・論文の著作権は、著者または出版社が保持しています。著作権法で定める権利制限規定を超える利用については、著作権者に許諾を得てください。・Textversion に「Author」と記載された論文は、著者原稿となります。実際の出版社版とは、レイアウト、字句校正レベルの異同がある場合もあります。・Nagoya Institute of Technology Repository Sytem is built to collect, archive and offer electronically the academic information produced by Nagoya Institute of Technology. ・The copyright and related rights of the article are held by authors or publishers. The copyright owners' consents must be required to use it over the curtailment of copyrights. ・Textversion "Author " means the article is author's version. Author version may have some difference in layouts and wordings form publisher version. ノロハナ　ビンティ　モハメド　ラシド博士（工学）博第1054号平成28年3月3旧学位規蜘］第4条第1項該当課程博士 SYNTIIESIS OF HEMATITE NANOSTR｛JCTURES FOR DYE−SENSITIZED SOLAR CELL APPLICATION （色素増感太陽電池応用に向けたヘマタイトナノ構造の合成）教授教授教授曾我哲夫市川洋市‡」正也論文内容の要旨丁械ss｛udy summarizes the find拍gs◎f the research syntl］esis of her罰atne nanos｛ruc畑res by lhemal alr oxlda目on on iron W）‖s a「｜d f祖orine doped tin oxides（FTO）glass fo「dye谷sens川zed s◎lar ce‖apP‖ca｛bn， Each chapier can be surnrna目zed as fb‖ows． Chapter l ls an l川roduction which brleny ex田ains the background of this s勧d易lnc拍ded lhe prevlous s｛udles orl hemat‖e nal】ostrtjc如res have success拍lly◎btairled by var佃us processes．佃adc川lorl， lhe proper‖es of hema鰍e nanostruc｛縫res were described in several apρ‖ca｛bns， Fr◎m畠ese case s｛udles and fhdlr）gs、白e optlmizaUon of｜he hemat‖e nanostruc拍res syn胎esls pr◎cesses f◎cusing on the nanofbkes and nanowires incbding｛helr apPllcalbn lor solar ce‖was proposed t◎the prese就s｛udy． Chap｛er 2 described ab◎ut the syn乏hesls of iron oxide nanoWakes on iron丘）‖s atめwer｛emperature．卜‖gh density iron oxlde nanonakes were ob乏ained at op｛lmurn◎xlda｛ion tempera｛ure and amea‖ng｛lme， Thelr nanos｛ruc重ure shape伯in∬uenced by the g『◎v帖h｛emperature and nanoflakes dens‖y is aWlected by annea‖ng time． When exposed to longer amea‖ng t加e、 dense nanof｛akes can be◎btained due｛o higher pr◎babi恨y of c◎nverslon to hema鍛e at relatively lower temperatぱes◎f 450。C， XRD pal｛ems prove ma｛crys｛al stn」cture of lron。xide nanoflakes exhibits ofα一Fe203 and Fe O4 m◎lecules．The e∬ects of oxlda｛ion｛emperatures andl amea‖ng tlrne of the lr◎n oXidenano胎kes grow巾were studied ln de重all． 1，cha te，3the s nthesi・p・・cess is m・d爾・d by i・t・・ducl・g P・e・ameallng st・ρat bw・rtemρe・・tu・e f・・m 100 t。400・C．Bef。re sec。nd・xida｛1・n at 550・C， pre・amea ng P㈱ss ls set f・r叡ed 30 mlnutes↑his slep wi 。。dify th・・理・t・1・t・uct・・e a・d g・a拍・・i㈱t・・…乏h…b・t・at・b・f・…a・・wi・e・g・・w・A・・「esu la「ge 、m。、，t。f，ma gram・｛ruc拍・e c…esp・ndl・g重・qギ・・。・ph・・e w・・f・・m・d・我e「，，．amea ・g・t 300・C． S・b・t・at・m。diWca ・・at掘・t・・p・・at・・e・1・。1・d重・幅㈱ …fg・ai？s｛「uct“「es 、t㈹di・ec6・・whl・h・ig・in㈱目y…t・lb・｛・・t・th・highly・騨・・d high dr・−F・・O・・a・°wi「es atthe sa。， p，ef・・e・・19・・Mh di・ec ・・． The e仔・・｛・・f p・e−amea ・g・t diW・・e情剛・臨・t・the nan°wl「es grow｛h were discussed in deta‖ Ch、pt・・4蜘・st・at・d the apP cat｜…fi・・…ld・㈱・k・…a・・wl・e…d創ms as ph°t㈱des ln dy，・・e・si ・・d・・1・・ce 聴…t綱sb・aha・・s｛閲・t・…w・・e・・ccess剛・輌・lzed aUempe「a趣「e be｛ween 450 and 650・C at c・nstan｛annea ng㈱by柵・−step・xldat輌r・cess・Highly a gned and dense ㈱fl、les a，d nan。wi，es were f・rmed議pr・・amea ng騨e醐e・f 3◎0。C and sec・nd・xldati・n at 450 and 550・C and f ms were・btained at 65◎。C XRD pattem sh。ws that the c卿l s｛ructure・臼r・n・xlde nanoflakes and nanowires consists ofαギe203 and Fe304ρhase． Meanwh‖e at 6500Cjr加oxide絹ms were bl、i，ed w 剛y・拍gleα一F・、O・ph…wa・・bsew・d l・・…ide na・・wl・e・glve t酬ghes噛t°v°1｛alc characteristic with sh。d circult current densi｛ゾ・pen clrcuit vd｛age fi旧act・r and eWlciency・f O・25酬cm2 α42MO38 and O．04％respec卿． The sh・d circu‖current densiセy ls泊creased w嗣nc「easlng ● nanosセ田ctures surface area， lron oxide nano湖res Wlth 634 crw2 surface areas give the酎ghest power 、。nve，sめn emdency as c・mp・・ed t・・a・・1｛・kes and伽・Th・・e・d紗dl・・t・d th・t帆t・a・・des suげace area is slg醐ca耐y hWuenc姉e ph・t・v・‖aic p・斤。r㈱ce in dye−sens川zed sdar ce 1，ch、pt・，5β輌・i・・fh… 細a…t・・ct・・e・w・・f・曲・・ap典・・FTOglass端ls蜘β◎O nmthick lr。，，ee曲y・・s w・・e d・p・・it・曲y v・…md・・t・。・b・am・・ap・r・ti・・sy・｛・m・O剛m°xldati°n tem，ratu，e f。， prep・・i・g h・m・tR・賂n・fl・kes at 45◎・C・・・…dl〈st・dy・A g酬・n・・ide nan°∬akes ㈱。btai，ed wi巾…ghly…s｛・・セd・・slty・h・n i・c㈱i・g・mea ng tim・−h・㈱穏・k・・1・・g｛h and 、ロ、蜘ality・栖…tit・・a・・W・k・・a帥・・v・d醐・c・・a・i・g・m・ali醐…Th・・e』目te nan°‖akes were apP ed i・elect・。・hemi・al sdar cel踊m the use。掘h・・納y・Th・・es・lt sh°ws p°we「c°nve「sl°n ，栢、i，，cy ls l・c・eased・i舶・c・・a…g・mea肋g｛1…1・addi …the apPllcati。・・f・uthe繭dye ls 、，9・㈱岬・・ces th・ph・t。・・1脚・斤・・…ces・相・m・tit・㈱∬・k・・b・・ed・da「celt Cha ter 61s the。vera summaワ・f thls research． lr加・・xide nan。Wakes and nan・硫es were successfully s nthesized on iron fo‖and FTO glass by thermal alr oxida慧on process．卜｛igh qua‖｛y iron◎xlde nan◎s量田c｛ures can be。btained by蜘i・ing・evera綱m・ters such as。・ldatl・n temρe・atures a・d・m・・ ng目me・G「am StrUCtUreS m◎diWCatbn a拍O Sig而fiCantly effeC｛fbming hlgh denSity and al｛gned nanOWIreS・論文審査結果の要旨本論文は、鉄の熱酸化によるヘマタイト（α・Fe203）ナノ構造の合成とその色素増感太陽電池への応用について論じたものであり、各章は次のように要約される。第1章は序論であり、色素増感太陽電池の開発の現状を概説した後、ヘマタイトを用いた色素増感太陽電池の研究例、ヘマタイトの合成方法、ヘマタイトの光学的性質、本論文の目的について述べている。第2章は鉄箔の熱酸化によるヘマタイトナノフレークの低温合成について述べている。熱酸化の温度や時間を変化させ、45◎℃という比較的低温でも合成時間を長くすることによって高密度のヘマタイトナノフレークが合成できることを明らかにした。X線回折より、ナノフレークはFe203とFe304が混在しているが、熱酸化の時間を増すことによってFe203の割合が増えることを示した。高分解能透過電子顕微鏡より合成されたヘマタイトナノフレークは結晶であることを明らかにし、ナノフレークの形成は鉄原子や酸化鉄分子の表面拡散で説明している。第3章では、熱酸化の前に低温でのプリアニールを行うことにより、直径が小さく、高密度で、配向性が高いヘマタイトナノワイヤが合成できることを明らかにした。プリアニールの温度は3◎0℃、熱酸化の温度は550℃が最適であり、直径17nmで密度2．5×1◎9cm’2のナノワイヤが得られることを明らかにした。これはプレアニール時に形成される高密度の酸化鉄ナノ構造が種となり、その上に高配向のナノワイヤが合成するメカニズムで説明している。第4章では、熱酸化温度を450℃、55◎℃、650℃で合成したヘマタイ1・は、それぞれナノフレーク、ナノワイヤ、薄膜であることに着目し、これらのナノ構造が色素増感太陽電池の特性に及ぼす効果について明らかにした。太陽電池の短絡電流は「ナノワイヤ〉ナノフレーク〉薄膜」であり、これはヘマタイトナノ構造の表面積の違いであることを明らかにした。本研究で得られた太陽電池のエネルギー変換効率はα◎4％であるが、表面積を高めることによってさらに変換効率の向上が期待できることも示した。第5章では、フッ素ドープ酸化錫透明導電膜付ガラス基板（FTOガラス）上に製膜した300nmの鉄薄膜を450℃で熱酸化することによりガラス基板上にヘマタイトナノフレークを合成し、色素増感太陽電池に適用した結果について述べている。熱酸化の時間を増すことによってナノフレークの高さは高くなり、（110）方向への配向が強くなることを明らかにした。ヘマタイト表面に色素を吸着させ、熱酸化の時間を増すことにより、太陽電池の短絡電流と開放電圧が増加してエネルギー変換効率が向上することを明らかにした。色素を吸着させても光透過率には大きな変化は無いことから、色素にはヘマタイト表面のパッシベーション効果があることを明らかにした。第6章は総括であり、本研究の成果と今後の展開をまとめている。以上の様に、本論文は熱酸化によるヘマタイトナノ構造の合成と評価、及びその色素増感太陽電池への応用にっいて述べたものであり、5編の審査有論文としてまとめられている。得られた結果はヘマタイトナノ構造の合成とそのエネルギー変換デバイスへの応用に向けての基礎研究としての価値が高く、本論文は博士（工学）の学位論文として十分価値あるものと認められる。