2019 Fiscal Year Annual Research Report
Ⅲ-Ⅴ族化合物薄膜のモノライク・低温合成技術の構築とユビキタス太陽電池の創製
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17H04918
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
都甲 薫 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30611280)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、軽くて柔らかいプラスチックの上にIII-V族化合物半導体（GaAs）を薄膜で直接合成し、高い効率と広い汎用性を両立した「ユビキタス太陽電池」の基盤技術を構築することを目指している。具体的には、GaAsがGe上に高品質形成されることに着眼するとともに、シーズ技術を活用し、プラスチック上に優れた光学特性を有するGaAs膜を創出することを目的とする。前年度において、ガラス上に形成したモノライクGe薄膜上にGaAs膜をエピタキシャル成長することに成功し、多結晶GaAs膜として初となる分光感度の取得に成功した。当該年度は、さらなる特性の向上に向けて研究を行った。
現状の成長条件（成膜レート：約200 nm/h、（111）面方位）においてはGaAs膜のエピタキシャル成長が500℃以上で起こることが判った。成長温度を500℃から570℃に変調し、結晶性および分光感度を評価した結果、共に550℃において最大となった。量子効率は0.3 Vのバイアス印加時において90%に到達し、単結晶Ge基板上にエピタキシャル成長したGaAs膜に匹敵した。以上、ガラス上の多結晶GaAs膜について、最大の分光感度を更新した。一方で、多結晶GaAs(111)膜における不純物ドーピングの知見はこれまでにあまりなかったが、本研究により、ドーパントの活性化が容易ではないことや不純物の粒界拡散の影響で、良好なPN接合が得難いとの課題も顕在化した。今後、優れたPN接合の技術を構築して太陽電池動作の実証に取り組むとともに、プラスチック上への展開を目指す。
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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
当該年度の当初目標は、「プラスチック上におけるGaAs薄膜の低温合成」および「分光感度の実証」であった。現状の成長条件におけるGaAs膜のエピタキシャル成長温度の下限はおよそ500℃であるが、成長温度の低温下に向けた解決策も明らかとなった。一方、ガラス上に結晶成長したGaAs膜として最大の分光感度が得られた点は特筆すべきである。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度において、ガラス上GaAs薄膜について高い分光感度を得ることができた。本年度においては、優れたPN接合の技術を構築して太陽電池動作の実証に取り組むとともに、プラスチック上展開を目指す。具体的には、ドーピング材料・手法を検討するとともに、III-V族化合物太陽電池の実績が豊富な研究室との連携も検討する。
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