2013 Fiscal Year Annual Research Report
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25281062
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
伊崎 昌伸 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30416325)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
笹野 順司 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40398938)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 銅酸化物 / CuO / p型半導体 / 水溶液 / 電気化学 / 太陽電池 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は，理論変換効率が約28%となる1.35eVのバンドギャップを有するp型半導体銅(II)酸化物（CuO）とn型半導体ZnOから構成される新規な太陽電池を溶液化学プロセスにより形成すると共に，半導体材料のキャリア密度と移動度、ヘテロ界面の原子配列とバンドアライメント、太陽電池構造の最適化を行うことによって、変換効率20%を達成するための指針を明確にし、その学理を探求することである。CuO半導体を光吸収層として応用するためには、強相関電子系の緩和ならびに対称性の低い斜方晶系結晶構造の改変等の課題を克服したうえで、キャリア密度制御技術を確立する必要がある。そこで、平成25年度には、CuOにZnとSを導入したCu(Zn)O(S)を電気化学的に形成すると共に、n-ZnO層とのヘテロジャンクションダイオードの電気化学的形成について検討した。化学熱力学的に設計したアルカリ性アンモニアCu-Zn錯体水溶液から間接遷移型バンドギャップ1.35eVのCu(Zn)O層を形成した。Zn含有率の増加に伴い、X線回折図形の変化と直接遷移型と考えられる新たな吸収端が発現し、構造および結合の変化が示唆された。また、イオウ化合物を添加したアンモニアCuおよびCu-Zn錯体水溶液に添加し、CuO(S)およびCu(Zn)O(S)層を形成したが、構造および光学的性質に変化は認められなかったことから、不純物としてZnを選択した。Au/Si基板を用いたサブストレート型CuOダイオードの形成について検討したが、n-ZnO層の堆積が困難であることから、デバイス構造としてスーパーストレート型を選択し、Cu(Zn)O/ n-ZnO層ヘテロジャンクションを電気化学的に形成し、電気的質を検討した結果、良好な整流性を示すダイオードが形成されたことを確認した。
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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
平成25年度計画では、化学熱力学的に設計した電気化学プロセスによってCu(Zn)O、CuO(S)、Cu(Zn)O(S)層を形成すると共に、構造、光学的性質、電気的性質を評価することによって、不純物添加効果を明らかにすると共に、添加不純物を選択することを目的とした。研究実績に記載した通り、構造変化およびバンドギャップの評価から不純物としてZnを選択し、太陽電池光吸収層として好適な1.35eVのバンドギャップを保持したまま構造と電子状態変化の可能性があることを明確にし、当初の目的を達成した。太陽電池構造としてサブストレート型とスーパーストレート型構造を検討した結果、CuO/ZnOならびにCu(Zn)O/ZnOヘテロジャンクション構造を電気化学的に形成すると共に成功すると共に、良好な整流性を確認しダイオード形成に成功した。本課題は平成26年度の計画内容に含まれており、前倒しで研究が進捗していることから前述区分を選択した。特に計画段階ではn-ZnO層の形成に電子ビーム蒸着法を用いていたが、本年度には電気化学製膜法で達成し、かつ相当以上の良好な整流性を発現させた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究によって、CuO/ZnOならびにCu(Zn)O/ZnOヘテロジャンクションダイオードの形成に成功したが、AM1.5基準太陽光照射下での太陽電池特性の発現に至らなかった。光照射によるバイアス負荷時の電流密度増加、および抵抗減少は確認できたが、無負荷時での光電流取り出しには到達しておらず、キャリア輸送過程全般での検討が必要と考えられた。また、現在の電気化学製膜法では、結晶粒子形状制御が難しいため、CuO製膜技術の再検討が必要となってきたため、本研究課題において検討を行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
25年度で購入した分光感度測定装置の単価が、計画時の見積もり予想額（8,000,000円）よりも安価であったたため、使用額に差が生じてしまいました。
次年度（26年度）に消耗品や薬品類の購入のために使用することを計画しております。
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Research Products
(10 results)
