2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of nanocarbon thin films for all-carbon photovoltaics
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17F17380
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
吉武 剛 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (40284541)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
AHMED ABDELRAHMAN 九州大学, 総合理工学研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2017-11-10 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノダイヤモンド / ナノカーボン / 超ナノ微結晶ダイヤモンド / UNCD / 光電変換 / ｐｎ接合 / 同軸型アークプラズマガン / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光電変換層がすべてカーボンからなる光電変換素子，具体的にはp型とn型の超ナノ微結晶ダイヤモンド（UNCD）膜からなるpn接合を，pn制御に関して独自に研究基盤を積み重ねてきた同軸型アークプラズマ堆積（CAPD）法により作製し，その光電変換特性を高めていくことを目指している．並行して，単に物性制御を行うだけでなく，複雑な構造を有するUNCD膜の局所的な化学結合構造を，放射光を用いた各種分光法等の高感度な方法で調べ，光・電子物性，特に光電変換特性と局所構造との因果関係を明らかにすることを目的としている．平成２９年度の成果としては以下の通りである：
i)μ-PCD法により少数フォトキャリアのライフタイムを調べた．水素化により少数フォトキャリアのライフタイムが明確に増加することを明らかにし，このことがトラップセンターとして作用する未結合手が原子状水素によって終端されたことに因る可能性が高いことがわかった．
ii)p型UNCD膜と金属コンタクト間におけるショットキー障壁高さを，シンクロトロン光を用いたUPSとXPSにより見積った．任意の仕事関数を有する所定の金属を選定し，コンタクトを形成することで，ショットキー，オーミックコンタクト形成の自在制御が可能となるポテンシャルを立証した．
iii) p型UNCD膜とn型Si基板により構成されたヘテロpn接合ダイオードを，深紫外線フォトダイオードとして評価した．低温下で受光能に大幅な改善がみられなかった．その一因として，伝導帯におけるバンドオフセットに起因するヘテロ接合界面に現れるスパイクが，低温環境下においては顕在化し，UNCD/a-C:H層からSi層へのフォトキャリアの輸送を妨げている可能性が高い．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CAPD法で作製される膜は光電変換特性があまり良くなく困っていたが，諸特性の評価が進むにつれてその原因が分かってきた．塞翁が馬で，この材料の光電変換特性に関する問題点を把握することが出来た．
PLD法で作製される膜は高い光電変換特性を今までに示してきた．エキシマレーザーが寿命を迎えてPLD法による膜作製が行えずにいたが，幸運にもエキシマレーザーを譲り受けPLD法による膜作製を再開できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
CAPD法で作製されるUNCD膜は，PLD法で作製される膜に比べて光電変換特性が劣るが，少数キャリアのライフタム測定からその原因が，CAPD法のUNCD膜は水素化が不十分で少数キャリアのライフタイムが小さくなってしまっている可能性が極めて高いことが分かった．今後，CAPD法では水素化の改善を，並行してエキシマレーザーを譲り受けたのでPLD法による膜作製を再開する．
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[Presentation] Estimation of Interface State Density in B-doped p-Type UNCD/a-C:H/n-Type Si Heterojunctions Formed by Pulsed Laser Deposition2017
Author(s)
N. Promros, R. Chaleawpong, P. Sittimart, T. Hanada, S. Ohmagari, and T. Yoshitake
Organizer
The 2nd Asian Applied Physics Conference (Asian-APC), December 1-2, 2017, Miyazaki Kanko Hotel, Miyazaki, Japan
Int'l Joint Research
