2018 Fiscal Year Annual Research Report
光援用ナノプローブによる多元系半導体太陽電池中の光励起キャリアダイナミクスの解明
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17H02783
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高橋 琢二 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (20222086)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノプローブ / 太陽電池 / 光励起キャリア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光援用ケルビン・プローブ・フォース顕微鏡（P-KFM）を利用して、Cu(In,Ga)Se2［以下、CIGSと記す］太陽電池における局所的な光起電力の計測を行った。特に、Ga組成の異なるCIGS試料に対して断続光照射下でのP-KFMを適用し、計測される時間平均光起電力と照射光波長や強度との関連性などを詳細に調べることにより、光励起キャリアの試料内移動プロセスや再結合プロセスについての理解を深めるとともに、Ga組成の低い試料では、結晶粒界の不活性さが顕著であることを見いだした。このことは、CIGSが微結晶材料でありながら良好な太陽電池特性を示すという実験事実とよい一致を示している。それに対して、Ga組成が高い試料では光誘起キャリアの再結合が促進され、それが太陽電池特性低下の一因となっている可能性も指摘した。
一方、光照射による表面空乏層容量の変化を捉える光容量AFM（PCap-AFM）を構築する上で、AFM探針と試料の間に静電引力を誘起するめに印加する交流電圧信号の周波数が、計測される静電容量信号に対して重要な意味を持つことが判明したため、新しく二重バイアス変調法を考案し、それを実現する実験系を導入した。
また、CIGS太陽電池で広く使われているCdSバッファ層を成膜する際にCd拡散によって形成されると考えられるドナー準位が、CIGS層中での光励起キャリアの非発光再結合に対して与える影響を、光熱分光AFM（PT-AFM）を利用して検討し、CdSバッファ層の役割についての議論を深めた。
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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
当該年度途中に、PCap-AFMにおいて、AFM探針と試料の間に静電引力を誘起するめに印加する交流電圧信号の周波数が計測される静電容量信号に対して重要な意味を持つことが判明し、それに対応するための新しい二重バイアス変調法を導入することとしたため、7ヶ月間ほどの繰越期間が生じたものの、それ以外は、概ね、順調に研究は進んでいると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、P-KFM／PT-AFM／PCap-AFM等の各手法を駆使して、CIGSなどの多元系半導体太陽電池における光励起キャリアの試料内部移動や再結合などのダイナミクスの解明を目指す。現段階では、計画の大幅な変更などの予定はない。
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