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遷移金属dバンドを利用した太陽電池吸収層の設計指針の構築

Research Project

Project/Area Number 12J03018
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical properties of metals
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

片山 翔太  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,700,000 (Direct Cost: ¥2,700,000)
Fiscal Year 2014: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords中間バンド型太陽電池 / 酸化亜鉛 / パルスレーザー堆積法 / 配向膜 / 二価スズ複合酸化物 / 酸化物半導体
Outline of Annual Research Achievements

本研究では中間バンド型太陽電池の一つとして,バンドギャップ内に遷移金属元素のd軌道に由来する準位を導入した吸収層を用いる,dバンド型太陽電池に注目している.第二年度までには酸化亜鉛をホスト半導体とした吸収層材料の合成,評価を行った.一方,中間バンド型太陽電池において,その吸収層はp型およびn型半導体と接合して用いられる.太陽電池の特性は接合する半導体の組合せに依存し,その設計には適切な材料選択が求められる.しかしながら,酸化物において高い正孔易動度を示すp型半導体は酸化銅(I),酸化スズ(II)等の少数の系に限られ,新規p型伝導性酸化物の探索が望まれる.そこで本年度の研究では,酸化スズ(II)に類似した価電子帯構造が期待される二価スズ複合酸化物に注目した.なかでもその電気伝導性が未解明な系に対して,第一原理計算による物性予測を行うとともに実際に試料合成,評価を行った.
電子状態計算の結果,二価スズ複合酸化物はその価電子帯上端におけるスズの5sp軌道の寄与が大きく,酸化スズ(II)同様の特徴を有することが判明した.また,二価スズ複合酸化物の多くは可視光域に光吸収端を有する半導体であることが予測された.なかでもチタン,ニオブ,タングステンとの複合酸化物はその価電子帯上端のバンド分散が比較的大きく,高い移動度を示すp型酸化物としてのポテンシャルが示唆された.一方,ニオブ酸スズのエピタキシャル薄膜および焼結体を用いた評価実験の結果,ドーピングを施した試料においてもp型伝導性の発現は確認されなかった.この原因を明らかにすべく,結晶中の点欠陥形成の理論的検討を行ったところ,ニオブ酸スズにおいては正孔ドープに対する補償欠陥となる酸素空孔の形成エネルギーが低く,正孔濃度の増加が困難であることが示された.これは,酸素空孔が比較的形成されにくくp型伝導性を示すSnOとは大きく異なる傾向である.

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2015 2014 2013 2012

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] Epitaxial growth of tin(II) niobate with a pyrochlore structure2015

    • Author(s)
      S. Katayama, Y. Ogawa, H. Hayashi, F. Oba, I. Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Crystal Growth

      Volume: 416 Pages: 126-129

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2015.01.033

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Fabrication and Characterization of Sn2M2O7 (M=Nb, Ta) Thin Films2014

    • Author(s)
      Shota Katayama, Yusuke Ogawa, Hiroyuki Hayashi, Fumiyasu Oba, Isao Tanaka
    • Journal Title

      AMTC Letters

      Volume: 4 Pages: 174-175

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Sn(II)複合酸化物SnNb2O6 のエピタキシャル成長と光学特性2015

    • Author(s)
      片山翔太,小川佑介,林博之,大場史康,田中功
    • Organizer
      第53回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      京都テルサ
    • Year and Date
      2015-01-08 – 2015-01-09
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 二価スズ複合酸化物SnNb2O6の電子状態と光学特性2014

    • Author(s)
      片山翔太,小川佑介,林博之,大場史康,田中功
    • Organizer
      日本金属学会 2014年秋期(第155回)大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Sn(II)複合酸化物α-SnWO4薄膜の作製2014

    • Author(s)
      小河佑介,片山翔太,林博之,大場史康,田中功
    • Organizer
      日本金属学会 2014年秋期(第155回)大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] PLD法による無添加SnO薄膜の作製と電気伝導性制御2014

    • Author(s)
      林博之,片山翔太,田中功
    • Organizer
      日本金属学会 2014年秋期(第155回)大会
    • Place of Presentation
      名古屋大学東山キャンパス
    • Year and Date
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication and Characterization of Sn2M2O7 (M=Nb,Ta) Thin Films2014

    • Author(s)
      Shota Katayama, Yusuke Ogawa, Hiroyuki Hayashi, Fumiyasu Oba, and Isao Tanaka
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Advanced Microscopy and Theoretical Calculations
    • Place of Presentation
      アクトシティ浜松 コングレスセンター
    • Year and Date
      2014-05-08 – 2014-05-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] CU_2O/ZnO : M (M=A1, Ga)積層薄膜の結晶配向へのドーパントの影響2013

    • Author(s)
      塚松祐太, 片山翔太, 林博之, 大場史康, 田中功
    • Organizer
      日本金属学会2013年秋季(第153回)大会
    • Place of Presentation
      金沢大学(石川県)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] PLD法により作製したCu2O/ZnO積層薄膜の結晶方位関係2013

    • Author(s)
      塚松祐太, 松本淳史, 片山翔太, 林博之, 大場史康, 田中功
    • Organizer
      日本金属学会2013年春季大会
    • Place of Presentation
      東京理科大学(東京都)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] ZnO-CoO固溶体薄膜の作製と電気・光学特性2012

    • Author(s)
      宋天明, 片山翔太, 林博之, 大場史康, 田中功
    • Organizer
      日本金属学会2012年秋期大会
    • Place of Presentation
      愛媛大学(愛媛県)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Epitaxial Growtn and Characterization of Znl-xNlxO Thin Films with Rocksalt Structure2012

    • Author(s)
      S. Katayama, H. Hayashi, F Oba, I Tanaka
    • Organizer
      Materials Science & Technology 2012
    • Place of Presentation
      David L. Lawrence Convention Center (アメリカ)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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