High sensitivity mapping of nitrogen impurity levels in GaAs using non-luminescent recombination

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04130
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency (2022-2023); University of Tsukuba (2021)
• Principal Investigator: Aihara Taketo 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (50892808)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福山 敦彦 宮崎大学, 工学部, 教授 (10264368) ; 池沢 道男 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30312797)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 非発光再結合機構 / CZTS薄膜太陽電池 / バンドフィッティング効果 / 局在的バンド揺らぎ

Outline of Final Research Achievements

We investigated localized defects that reduce the effective band gap of CdS/CZTS thin film solar cells using radiative and non-radiative recombination evaluation method.The optical band gap (Eog) of CZTS thin films was calculated from the non-luminescent recombination mechanism. From the energy difference between the emission peak and the estimated Eog, donor and acceptor defects due to cationic antisite in CZTS were identified, respectively.In addition,it was clarified that the peak shift caused by the change of excitation power intensity in the radiative spectrum was due to the band filling effect.

Free Research Field

分光評価

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果であるCZTS薄膜の欠陥準位の詳細な同定には発光スペクトルと光学吸収スペクトルを組み合わせることで得られる知見をある。ここで、光学吸収スペクトルの取得には、一般的に透過率測定あるいは分光エリプソメトリー法で取得可能であるが研究対象の構造では計測することはできない。一方で、本研究で実施した透過型光熱分光法では、デバイス構造の状態で高感度な光学吸収スペクトルの取得に成功している。また、発光測定の励起光強度変化で観測された発光分布のピークシフトは不定比化合物半導体固有のピークシフトであり、本研究により得られた傾きから組成揺らぎを定性的に評価可能な指標であることを見出している。