2020 Fiscal Year Annual Research Report
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20H02851
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
石川 亮佑 東京都市大学, 付置研究所, 准教授 (50637064)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
星 裕介 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (70748962)
坪井 望 新潟大学, 自然科学系, 教授 (70217371)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 原子層材料 / 薄膜太陽電池 / TMDC / グラフェン / 多接合太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の概要は、「原子層材料を用いた究極の薄膜太陽電池の開発」である。本研究課題の特徴は、層数によってバンドギャップが異なることが知られる原子層材料を積層化することで多接合太陽電池を作製することにある。具体的には①原子層ヘテロ接合太陽電池の動作原理の解明、②原子層薄膜の大面積合成法の確立、③多接合化による高電圧セルの開発の課題を解決することによって究極の薄膜太陽電池を開発し、IoTデバイスやウェアラブルデバイス応用など多様性に適応するために軽量でフレキシブルかつ意匠性にも優れた太陽電池を実現する研究である。
これまでに①GaSe/MoSe2の微小ヘテロ接合サンプルを用いて太陽電池特性の特性評価と光照射強度依存性を評価した。また、WSe2/MoS2ヘテロ構造を作製し、その基礎光学特性を調べた。室温と低温でのフォトルミネッセンス測定を行い、WSe2/MoS2ヘテロ構造領域において、WSe2中の正孔とMoS2中の電子が束縛された層間励起子の形成を観測することに成功している。この構造について、時間分解フォトルミネッセンス測定を利用し、各領域の発光再結合寿命の検討を進めている。また、②これまでに開発してきたプラズマ硫化法による成長に加えて、熱CVD法と反応性スパッタ法によるMoS2、スパッタ金属の硫化法によるWS2薄膜の成長に着手した。各製膜法でそれぞれ対象原子層材料を合成することに成功したが、まだ膜質や層数の制御性に課題が残る。
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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
①原子層ヘテロ接合太陽電池の動作原理の解明については、GaSe/MoSe2の微小ヘテロ接合サンプルを用いて太陽電池特性の特性評価と光照射強度依存性を評価した。本結果は国際学会にて報告して、現在投稿論文を執筆中である。また、WSe2/MoS2ヘテロ構造については、ヘテロ界面に生じる層間励起子発光の基礎光学特性を調べている。フォトルミネッセンススペクトルの温度特性について評価しており、その成果を国際会議にて発表する予定である。②原子層薄膜の大面積合成法の確立については、これまでに開発してきたプラズマ硫化法によるMoS2薄膜の成長に加え、2ゾーン管状炉を用いたCVD成長システムを構築し、硫化物薄膜を成長できることを確認した。また、新潟大においては反応性スパッタ法によるMoS2、スパッタ金属の硫化法によるWS2薄膜の成長に着手し、システム構築とそれぞれ原子層薄膜の成長に成功した。③多接合化による高電圧セルの開発については、現在光学設計のための光学シミュレーション環境を整えている最中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
①原子層ヘテロ接合太陽電池の動作原理の解明については、層間励起子形成と光起電力との相関関係を調べる予定である。WSe2とMoS2の間の結晶のねじれ角が層間励起子形成に強く影響していることが予想されるので、ねじれ角を変化させたWSe2/MoS2ヘテロ構造太陽電池を作製し、それらの光起電力を調べる。②原子層薄膜の大面積合成法の確立については、各種製膜法による製膜条件を最適化することで、原子層薄膜の品質を向上していく。また、成長パラメータを制御しやすく、比較的低温で成長可能なMOCVD法による成長にも着手する。③多接合化による高電圧セルの開発については、光学シミュレーションを立ち上げて、本研究で最終的に目指す原子層材料から成る多接合太陽電池の光学設計を行う予定である。
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