2020 Fiscal Year Annual Research Report
硫化錫におけるドーピングと固溶体形成：低融点金属を反応場としたカチオン導入の試み
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20H02495
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
野瀬 嘉太郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (00375106)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 硫化錫 / 固溶体 / ドーピング / フラックス / バルク結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，太陽電池などへの応用が期待されるSnSについて，１）固溶体形成によるバンドギャップ制御，および２）カチオンドープによるn型伝導化を目的としている。
本研究期間においては１）の研究項目に注力し，カチオンの固溶体である(Ge,Sn)S作製のためのフラックスの候補の探索を行った。まずは，エンドメンバーであるGeSと液相との平衡が存在するような系を調べた。比較的融点の低い，Al，Bi，Ga，Pb，Znをフラックスの候補とした。実際に実験する前に，Ge-S-X三元系の化学ポテンシャル図を作成することで考察を行った。その結果，温度800KにおいてGeSと液相の平衡が確認されたのは，Biの系のみであった。実際には期待した二相平衡ではないものの，Geについてはその蒸気圧が低いことから，本研究で提案している気相成長において問題にはならないと考えられる。他の系ではフラックス元素の硫化物と平衡することから，結晶成長における系としては不適であることがわかった。
この考察を基にPb以外の各系について平衡実験を行ったところ，化学ポテンシャル図を用いた考察の通り，BiのみがGeS-液相の二相平衡が確認され，他の系についてはGeS以外の固相を含む三相平衡であった。特に，Gaを含む系では化学ポテンシャル図では考慮していなかった三元化合物の存在が示唆された。また，BiについてはSnS-液相の二相平衡も確認した。
さらに固溶体の作製に向けてGe-Sn-S-Bi系の相平衡関係を調査したところ，今回調べたいずれの仕込み組成においても，期待した通り(Ge,Sn)S-Ge固相-液相の三相平衡が確認された。
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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
本研究で遂行する２つのテーマのうち，固溶体作製について低温成長のためのフラックス候補を絞りこめており，結晶成長条件の道筋が見えていることから当初の予定通り進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究期間に見出した，Biをフラックスとして用いた試料を前駆体とする結晶成長により，(Ge,Sn)S固溶体結晶の作製に取り組む。温度条件等の詳細な検討により，固溶体組成やバンドギャップ等の物性制御の可能性を明確にする。また，もう一つの研究テーマであるカチオンドーピングについてはBiおよびSbをドーパント候補とし，前駆体の作製を試みるとともに，気相成長による結晶作製に取り組む。特に，前駆体で取り込まれたドーパントが結晶成長時に散逸しないかどうか，つまり明確にドーピングされるかどうかを確認する。
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