2019 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 |
励起光を断続的に強度変調した際の光励起キャリアの非発光再結合に伴う試料の熱膨張量を周期的接触モードでのAFMカンチレバー振幅の変化から計測する光熱モードAFM（PT-AFM）を利用して、Cu(In,Ga)(S,Se)2［以下、CIGSと記す］系太陽電池材料におけるアルカリ処理効果について検証した。その結果、同種太陽電池に対して広く使われているCdSバッファ層とCIGS層との界面の不活性化にアルカリ処理が寄与していること、またその効果は結晶粒界近傍でより顕著であること、などを明らかにした。
また、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）を構築する上で重要な静電引力計測において、我々が考案した二重バイアス変調法の有効性を実験的に示すとともに、空乏層容量の電圧依存性の強弱を直接画像化する新手法の開発にも取り組んだ。その結果、CIGSの結晶粒内と結晶粒界では、空乏層容量の電圧依存性に差異があり、特に、結晶粒界近傍にはバンドギャップ内の深い準位が高密度に分布している一方、CdSバッファ層堆積時に生じるCd拡散がそのような準位を不活性化している可能性があることを明らかにした。
一方、光援用ケルビン・プローブ・フォース顕微鏡（P-KFM）においては、これも我々の独自手法である間欠バイアス印加法を適用することによって、光起電力の時間分解計測に取り組んだ。現段階は、まだ初期的なデータ検証の段階であるが、マイクロ秒から数十マイクロ秒オーダで減衰する光起電力信号の獲得に成功した。
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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、ヘテロダイン検出法を導入することによって可変周波数測定時の応答を直接画像化することができること、また、その手法の有効性が十分に期待されることが判明したことから、同検出法を実験系に実装し、また予備的な実験を行う必要が生じたため、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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