2020 Fiscal Year Annual Research Report
Operand observation of electric potentials in solar cells by high-precision electron holography
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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, ナノ構造研究所, 上級研究員 (40772380)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 太陽電池 / 電子線ホログラフィー / オペランド観察 / 機械学習 / スパースモデリング |
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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，試料台に2本の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計測することに成功した．この実験では，楔型に加工した試料を位相シフト電子線ホログラフィーにより観察し，膜厚と試料を透過した電子線の位相変化との関係を評価することで，高精度且つ高角度の電位計測を可能とした．
さらに，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，スパースコーディング(機械学習の一種)の応用技術を開発し，電子線ホログラムの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．
本研究で開発したTEM内光照射技術とスパースコーディング応用技術は，様々な研究分野に応用可能である．前者は，光触媒反応や光誘起相転移等の光誘起現象のその場観察に有効である．後者は，様々な電子顕微鏡像の画像処理に応用可能であり，電子照射に弱い生体材料や高速に起こる現象の観察に役立つことが大いに期待できる．
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Research Products
(5 results)
