光熱変換技術を用いた結晶成長方向に組成の異なる半導体薄膜の光吸収スペクトル測定

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25390082
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 碇 哲雄 宮崎大学, 工学部, 研究員 (70113214)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: カルコパイライト太陽電池 / 組成変調構造 / 光熱変換分光法 / フォトルミネセンス

Outline of Annual Research Achievements

カルコパイライト型CuInGaSe2太陽電池は、内部の薄膜組成を意図的に変化させることでバンドギャップを膜厚方向に変化させ高い光電変換効率を実現しているため、膜厚方向のバンドギャップの変化を詳しく認識しておくことが不可欠である。本研究課題では、三段階逐次蒸着法を用いてMo/SLG上に膜を作成し、更に表面にCdSまたはZnSバッファー層を形成した構造の異なる試料に対してPPT（Piezoelectric photothermal）及びPL（Photoluminescence）信号の測定・解析を行った。その結果、PPTについては、Mo不透明膜上のこれまで測定が出来なかった試料構造に対して初めて光吸収スペクトルを極めて微弱な信号ではあるが測定することが出来た。そのなかで観測された室温付近にのみ現れる異常に大きなエネルギーギャップの減少は、バッファー層やCIGS 膜の深さ方向組成依存性だけでは説明出来ず、バッファー層からの原子の拡散による組成変動に加えて不純物準位のキャリア占有率の変化を取り入れた定性的モデルで説明できる事が分かった。またこのモデルはPLの結果も良く説明できた。
理論的側面からの解析については、バッファー層の影響などにより試料表面での組成依存性が予想以上に強く、逆問題を用いて解析するような複雑なモデルをたてるに至らなかった。そこで、これまで分かっていなかった、組成依存性がPPT信号に与える影響を見るため、簡易モデルと考えられる多層構造太陽電池を用いて深さ方向のPPT信号を測定し、その結果を圧電素子光音響分光法の理論解析結果と比較した。そして実験で得られたPPT信号強度スペクトルとその周波数依存性が説明できた。
以上の結果から、構造的に組成依存性の強い半導体薄膜の物性評価にPPT測定法が有用であることが示すことが出来た。

Research Products

• [Journal Article] Control of hydrogen and carbon impurity inclusion during the growth of GaAsN thin film by atomic layer epitaxy (2016)
  • Author(s): Yokoyama, Y. Fukuyama, A., Haraguchi, T., Yamauchi, T., Ikari, T., and Suzuki, H.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 55 Pages: 01AC06
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.01AC06
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of preheating time on uniformity of electrodeposited Cu2ZnSnS4 thin films studied by carrier lifetime and photoluminescence measurements (2015)
  • Author(s): Hamada, T., Fukuyama, A., Jiang, F., Ikeda, S., and Ikari, T
  • Journal Title: Physica Status Solidi (C) Volume: 12 Pages: 725-728
  • DOI: 10.1002/pssc.201400283
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photoluminescence of Valence-Changed Samarium Ions in Sintered BaSO4 Induced by X-ray Radiation (2015)
  • Author(s): Maeda, K., Kumeda, T., Arimura, K., Sakai, K., and Ikari, T.
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 619 Pages: 012040
  • DOI: 10.1088/1742-6596/619/1/012040
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray Induced Luminescence Spectroscopy of Samarium Doped Barium Sulfate Prepared by Sintering Method (2015)
  • Author(s): Kumeda, T., Maeda, K., Shirano, Y., Fujiwara, K., Sakai, K., and Ikari, T.
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 619 Pages: 012038
  • DOI: 10.1088/1742-6596/619/1/012038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Zinc-blende and wurtzite phase separation in catalyst-free molecular beam epitaxy vapor-liquid-solid-grown Si-doped GaAs nanowires on a Si(111) substrate induced by Si doping (2015)
  • Author(s): Suzuki, A., Fukuyama, A., Suzuki, H., Sakai, K., Paek, J.-H., Yamaguchi, M., and Ikari, T.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 54 Pages: 035001
  • DOI: 10.7567/JJAP.54.035001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effect of number of stack on the thermal escape and non-radiative and radiative recombination of photoexcited carriers in strain-balanced InGaAs/GaAsP multiple quantum-well-inserted solar cells (2015)
  • Author(s): Aihara, T., Fukuyama, A., Suzuki, H., Fujii, H., Sugiyama, M., Nakano, Y., and Ikari, T.
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 117 Pages: 084307
  • DOI: 10.1063/1.4913593
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Formation of Wurtzite Phase by Si Doping and its Effect on the Optical Properties of GaAs Nanowires grown on Si Substrates by a Catalyst-free MBE-VLS Technique (2015)
  • Author(s): M. Nakano, K. Sugihara, D. Ohori, K. Sakai, H. Amano, Y. Honda, T. Ikari, and A. Fukuyama,
  • Organizer: AVS 62nd International Symposium
  • Place of Presentation: San Jose, CA
  • Year and Date: 2015-10-18 – 2015-10-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of Internal Electric Field on the Miniband (2015)
  • Author(s): T. Nakamura, K. Matsuochi, T. Murakami, H. Suzuki, K. Toprasertpong, M. Sugiyama, Y. Nakano, T. Ikari, and A. Fukuyama
  • Organizer: AVS 62nd International Symposium
  • Place of Presentation: San Jose, CA
  • Year and Date: 2015-10-18 – 2015-10-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Light emission from GaAs/AlGaAs nanopillars fabricated by neutral beam etching and bio-template (2015)
  • Author(s): D. Ohori, A. Suzuki, C. Thomas, A. Higo, S. Samukawa, A. Fukuyama, and T. Ikari
  • Organizer: EMRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: Lille, France
  • Year and Date: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Photoluminescence study of quantum levels in GaAs/AlGaAs quantum nanodisks fabricated by bio-template and neutral beam etching (2015)
  • Author(s): A. Fukuyama, D, Ohori, A. Suzuki, C. Thomas, A. Higo, S. Samukawa, and T. Ikari
  • Organizer: EMRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: Lille, France
  • Year and Date: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of iodine treatment on residual Na contents and induced crystal strains in guest-free Si clathrate thin films (2015)
  • Author(s): H. Takeshita, K. Sakai, T. Haraguchi, H. Suzuki, F. Ohashi, T. Kume, A. Fukuyama, S. Nonomura, and T. Ikari
  • Organizer: EMRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: Lille, France
  • Year and Date: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • Int'l Joint Research
• [Book] 4.薄膜シリコン系太陽電池の最新技術 (普及版) (2015)
  • Author(s): 碇 哲雄、福山敦彦
  • Total Pages: 271
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks] 研究者ホームページ
  • URL: http://www.cc.miyazaki-u.ac.jp/mdeee03/ikari/IK_main01.htm