Optimization of conductive properties by controlling the valence of metal elements in oxide semiconductors and application to photovoltaic devices

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04643
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022-2023); Osaka Prefecture University (2021)
• Principal Investigator: Ashida Atsushi 大阪公立大学, 国際基幹教育機構, 教授 (60231908)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 太陽電池 / 電気化学 / 亜酸化銅

Outline of Final Research Achievements

In electrochemical growth, the valence of an element is uniquely determined by the growth conditions. If Cu+ in Cu2O can be changed to Cu2+ by temporarily adjusting the potential during growth, n-type conduction may be achieved without doping by compensation for excess positive charge.
However, when the potential was changed to the divalent stable region, little growth progress was observed. This may be due to another reaction in the strong alkaline region. Therefore, we changed our original plan and tried electrochemical growth at a lower pH. As a result, by optimizing the growth temperature, electrochemical growth of Cu2O thin films was achieved even at pH 7.5.

Free Research Field

半導体物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

多くの薄膜素子は、真空中かつ高温で成長させる気相法によって作製されている。これらの方法は、製造設備が高価で、エネルギー消費が大きく、原料元素の利用効率も低い。太陽電池やパワー半導体などグリーン社会の実現に不可欠な素子は、使用する物質の面積や体積が大きく、特にこれらの課題が顕著になる。
一方液相から薄膜を作成する手法の多くはこれらの課題をクリアできるが、厳密な物性の制御方法が未開拓である。本研究で対象とする電気化学法は、原理上電解電位、電解液のpH、含有イオン濃度、温度が決まれば、安定に存在できるイオンの価数が一位に決定される性質を持つことから、得られた半導体の特性を制御できる可能性がある。