マルチバンドギャップ半導体のバンド構造制御と高効率太陽電池の作製

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20560008
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 鍋谷 暢一 University of Yamanashi, 大学院・医学工学総合研究部, 准教授 (30283196)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松本 俊 山梨大学, 大学院・医学工学総合研究部, 教授 (00020503)
• Keywords: 高効率太陽電池 / 半導体物性 / 結晶工学 / 光物性 / 結晶成長

Research Abstract

太陽電池は燃料を必要とせず、太陽光を照射するだけで半永久的に利用できるため、身近な電力源としての役割は大きい。太陽電池の効率は、禁制帯幅で決まる起電力と、禁制帯幅よりも大きなエネルギーをもつ太陽光を吸収して生成されるキャリアによる電流の積で決定される。両者の間にはトレードオフの関係があり、禁制帯幅が大きい材料では吸収できる光子数が少ないため電流がとれず、逆に電流を多くするためには禁制帯幅を小さくする必要がある。本研究では、高い起電力を保ち、かつ太陽光を有効に吸収できる半導体太陽電池材料として、禁制帯中に中間バンドを有する半導体ZnTeO混晶の作製とその太陽電池への応用を目的としている。
太陽電池の効率は0組成に依存し、0組成が2%のときに変換効率は最大の58%になると計算できる。しかしながら0は同じVI族のTeと比較して原子半径が小さいため、ZnTe中への混和性が低く、結晶欠陥の発生を抑制しながら0組成を増加させるのは困難である。そこで本研究では、ホモエピタキシーに近い状態で成長が行えるZnTe基板上にZnTeOを分子線エピタキシーによって成長し、X線回折および透過型電子顕微鏡によって構造評価を行った。現在までのところ、0組成は約0.4%までが実現できており、ZnTeO成長層は基板に対してコヒーレント成長していることがわかった。また転位や積層欠陥などは観察されていない。これらのことから、ホモエピタキシーに近い状態で成長を行うことにより、欠陥密度の極めて低いZnTeO層が成長できることがわかった。