2019 Fiscal Year Research-status Report
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18K13795
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| Research Institution | Japan Fine Ceramics Center |
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Principal Investigator |
穴田 智史 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 上級研究員 (40772380)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電子線ホログラフィー / 太陽電池 / 光起電力効果 / その場観察 / 機械学習 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
透過電子顕微鏡(TEM)内の試料への光照射と電圧印加を同時に実施できる試料ホルダーの設計・開発した．光照射は，試料ホルダーに石英ファイバーを内蔵し，キセノンランプから発信する光を試料近傍まで伝送することにより可能とした．電圧印加は，2つの試料台にそれぞれ導線を電気的に接続し，TEM外部の電源につなげることで可能とした．
開発した試料ホルダーを用いて，電圧印加時のGaAs太陽電池素子構造の電子線ホログラフィーその場観察を行い，太陽電池内部の電位分布変化を高精度且つ高確度に評価することに成功した．これまで試料表面に形成される不活性層が正確な電位分布計測の妨げとなっていた．本研究では，試料を収束イオンビームにより楔型に加工し，膜厚と試料を透過した電子線の位相変化との関係を高精度電子線ホログラフィー(位相シフト法)により評価することで不活性層の問題を解決した．
また，光照射下のGaAs太陽電池素子構造を電子線ホログラフィー観察することで，光起電力効果の起源である電位分布変化を定量的に評価することに成功した．この実験では，観察に必要な電子照射の影響が光照射効果と重畳することが明らかとなった．この問題を解決するため，試料に照射する電子量を減少させて電子線ホログラムを撮影した．低電子量で撮影したホログラムはノイズを多く含み，計測精度が低くなることが知られている．そこで，機械学習を活用したノイズ低減を行うことで，低電子量でも高精度の計測を可能とした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
光照射・電圧印加用TEM試料ホルダーを開発し，そのホルダーを用いて，光照射下および電圧印加下の太陽電池試料の電子線ホログラフィーその場観察に成功した．さらに，機械学習を活用することで，高精度の電位分布評価が可能となった．機械学習の活用は当初計画にはなく，且つ様々な研究分野への波及効果が期待できるため，計画以上の成果が得られていると評価できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
光照射・電圧印加用TEM試料ホルダーを用いて各種太陽電池の電子線ホログラフィーその場観察を行い，動作時太陽電池の電位分布挙動を高精度に評価する．電位分布の計測結果とバンドシミュレーション結果を比較することにより，太陽電池の光起電力効果の詳細を明らかにする．
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| Causes of Carryover |
試料作製が順調であったため，消耗品の支出が抑えられた．差額は電子顕微鏡増の解析に必要となる計算機の購入に充てる予定である．
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