材料：高移動度と優れたオプトエレクトロニクスデバイス性能をもたらすメソ多孔質TiO₂単結晶

メソ多孔質のセラミックスや半導体は、低コストのソーラー発電技術、ソーラー燃料技術、（光）触媒技術、電気エネルギー貯蔵技術を実現可能にする。最先端の高表面積プリンタブル電極は、事前形成された熱焼結ナノ結晶から作製される。メソ多孔性によって、非常に利用しやすい望ましい表面が得られるが、多くの用途では長距離電気的接続性と構造的一貫性も必要とされる。メソ多孔質単結晶（MSC）半導体は、その両方の基準を満たすことができる。今回我々は、種晶添加による核形成と、低濃度反応溶液中に浸漬したメソ多孔質テンプレート内部での成長を利用して、アナターゼ型TiO₂半導体MSCを成長させる一般的な合成方法を実証している。我々は、単離したMSCと膜に組み込んだ集合体のいずれもが、ナノ結晶TiO₂よりかなり高い伝導度と電子移動度を持つことを示している。従来のナノ結晶は、MSCとは異なり、膜内で熱焼結を行って粒子間の電気的接触を強化する必要があるため、製造コストが上がるうえにフレキシブル基板の利用が制限されており、例えば多接合太陽電池の加工が不可能である。我々は、一貫して150°C未満で処理されたMSC膜を用いて、7.3％という効率を持つ全固体低温増感太陽電池を作製した。この効率は、これまで報告された中で最高値である。今回の高表面積アナターゼ型単結晶は、多種多様な技術分野に応用されるであろう。また、この汎用的な合成戦略は、メソ多孔質単結晶成長の可能性をさまざまな機能性セラミックスや半導体にまで広げるものである。

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