九大ら,ペロブスカイトの吸収波長を長波長化

九州大学,東京工業大学,名古屋大学は,長波長の可視光に応答するスズ含有ペロブスカイト型酸水素化物半導体を合成した(ニュースリリース)。

太陽光の有効利用の観点から,広い波長範囲の可視光を利用できる光機能材料が求められている。

可視光応答化の手段の一つとして,2価の鉛やスズ(Pb2+,Sn2+)などのローンペア電子を有する元素の利用が検討されてきた。特に鉛フリーの観点から,スズをベースとした可視光応答型半導体材料が光触媒やペロブスカイト太陽電池の分野で盛んに研究されているが,ローンペア電子を含むスズ化合物はこれまで酸化物やハロゲン化物に限られていた。

今回研究グループは,良好な電子伝導性を持ちつつも元来可視光を吸収しないペロブスカイト型スズ酸バリウム(BaSnO3)をホスト材料として用い,酸素欠陥存在下でヒドリド(H)をドープし,結晶内にSn2+を生じさせることによって,長波長の可視光に応答するスズ含有ペロブスカイト型酸水素化物半導体を合成した。

Ba-Sn-Oペロブスカイトに予め酸素欠陥を導入した上でHをドープすることにより,結晶内のSn4+の一部がSn2+へと還元される。無ドープの場合,可視光吸収を示さない白色粉末だが,Hドープによって約600nmまでの可視光吸収を示す,赤茶色の粉末となったという。

この材料は,これまでに報告されているSn2+を鍵とした化合物よりも長波長の可視光を吸収・応答する。また,Hドープによるバンド制御は容易でないため,これまでHを含有した光機能材料の報告例はほとんどなかった。

研究グループは,この研究によって示された,酸化物ホストへのH導入や酸素欠陥と複合化させる事による可視光吸収材料の合成手法が,無毒で安価な鉛フリー光吸収材料合成のための新たな設計戦略となることが期待されるとしている。

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