1997 Fiscal Year Annual Research Report
浅い量子井戸ポテンシャルを利用したシリコン系太陽電池の長波長吸収・高起電力化
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09650345
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深津 晋 東京大学, 大学院・総合文化研究科, 助教授 (60199164)
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| Keywords | 浅い量子井戸ポテンシャル / ヘテロ構造 / 高起電力化 / 長波長吸収 / キャリア熱励起脱離過程 / 自然光長波長域 / ダイナミックな励起子局在 / 光伝導 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は,低バンドギャップ量子井戸のヘテロ構造を利用することにより、従来のホモ型Si太陽電池ではカバーできなかった自然光長波長域を有効利用しつつ、Siと同等の高起電力が得られるような新しい太陽電池の形成にある。
本研究ではSiに格子整合するナロ-ギャップSiGe多重量子井戸を利用した。SiGe量子井戸は閉じ込めポテンシャルが比較的浅く、温度上昇に伴うフォノン散乱によって井戸に束縛されたホールは3次元バリア端に励起される。このため起電力はSiと同等になることが期待できる。一方、長波長の光子に対して光吸収が起きる。吸収帯のダイナミックレンジは広く、1.1-1.8ミクロンの間で制御可能である。
平成9年度には、量子井戸からのキャリア熱励起脱離過程の制御を目指し、ホール井戸が約100-200meVの井戸について実験を行った。量子井戸構造は分子線エピタキシ-により成長した。時間分解蛍光測定をバイアス印加条件下で行い、二重井戸における浅い井戸からのホール放出と表面近傍の深いトラップ用井戸の発光を同時観測することで、熱励起脱離のミクロなプロセスを追跡した。その結果、バリアで生成されたホールが一旦浅い井戸に有限時間トラップされるダイナミックな励起子局在を確認した。さらに、その後脱離が高温で促進され、キネマティカルな効果によって後方散乱されることが明らかになった。また、後方散乱の駆動力はホールの濃度勾配によってもたらされることも判明した。さらに、多重の浅い井戸構造ではホール局在が強調されることも分かった。また、光伝導測定により、熱脱離ホールによる光電流の存在が温度上昇とともに顕著になること、オープンサーキット配置でSiバリア端相当の起電子を確認した。
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[Publications] S.Fukatsu: "Dynamical behavior in a shallow quantum confinement system" Thin Solid Films. 294. 318-324 (1997)
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[Publications] Y.Kishimoto, Y.Shiraki, and S.Fukatsu: "Photoluminescence study of Sil-xGex/Si surface quantum well" Appl.Phys.Lett.70(21). 2837-2839 (1997)
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[Publications] S.Fukatsu, Y.Mera et al.: "Time-resolved dislocation-realted luminescence in strain-relaxed SiGe/Si" Thin Solid Films. 294. 33-36 (1997)
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[Publications] Y.Ishikawa, N.Shibata, and S.Fukatsu: "Creation of highly-ordered Si nanocrystal dots suspended in SiO_2 by molecular beam epitaxy with low energy oxygen implantation" Jpn.J.Appl.Phys.36. 4035-4037 (1997)
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[Publications] S.Fukatsu et al.: "Phononless radiative recombination of indirect excitons in a Si/Ge type-II quantum dot" Appl.Phys.Lett.71(2). 258-260 (1997)
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[Publications] S.Fukatsu et al.: "Physics and control of Si/SiGe heterointerfaces" Mater.Res.Soc.Sym.Proc.448. 125-134 (1997)
