2021 Fiscal Year Annual Research Report
高効率フレキシブル太陽電池に向けたGaAsPN混晶の結晶成長
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19K04488
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
山根 啓輔 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80610815)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 化合物太陽電池 / 希薄窒化物結晶 / 点欠陥 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究のターゲットとなる希薄窒化物結晶（GaAsPN混晶）は、原理的に、0.3 eVから2.0 eVと超広範囲のバンドギャップを実現可能である。加えて、シリコン基板（人類が有する唯一無二の大面積完全結晶）に格子間隔をそろえた状態（無転位結晶成長）を実現できる極めて有用な材料である。しかしながら,未だに窒素に関わる点欠陥制御がボトルネックとなって0.3～1.7eVの間でデバイス実証はない。本年度は、昨年度課題となった事項のうち、窒素起因点欠陥低減に向けた理論計算（第一原理計算）、太陽電池の諸特性の評価とその論文化に取り組んだ。
まず、理論計算に関しては、代表的な欠陥種の同定を行った。先行研究で示されたGaAsN中の点欠陥種を参考に同様の欠陥種を想定して形成エネルギーを導出した。結果として、P原子の位置に置換したN-N対、N-P対が、形成されやすい点欠陥であることが判明した。また、熱処理の状況を想定し、N-N対やN-P対が分解されて拡散する工程をシミュレーションした。結果として、これらの欠陥のN原子が、隣のP原子位置に移動してN-P対を形成する過程を介してN原子が拡散することが判明した。この結果と、現在並行して進めているP原子の欠損（P空孔）量を制御する方法を組み合わせることで、N-N対の分解を促進することが期待できる。
昨年度作製したGaAsPNの諸特性評価を進めた。信頼性の高いデータを得るため、20サンプル以上の測定結果から、諸特性の典型値をもとめた。現段階のGaAsPNセルの効率は3%と目標値（10％）までは、未だ開きがあるものの、必要とされる吸収エネルギー帯(1.7eV)を再現良く実現できた。また、実施例のない新規材料でデバイス動作を確認し、典型値を得たことには大きな意味があると考えられる。以上、得られた結果を学術論文としてまとめることができた。
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