新しい太陽電池材料の開拓を目指した分極超構造の作製

• 研究課題/領域番号: 15H05426
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 中村 優男 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (50525780)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 24,960千円 (直接経費: 19,200千円、間接経費: 5,760千円); 2016年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2015年度: 20,410千円 (直接経費: 15,700千円、間接経費: 4,710千円)
• キーワード: 酸化物ヘテロ界面 / 自発分極 / バルク光起電力効果 / 太陽電池 / 酸化物ヘテロ接合 / 有機電荷移動錯体 / シフト電流 / 高効率太陽光発電材料 / 強相関エレクトロニクス / 表面・界面物性 / 酸化物界面

研究成果の概要

極性を持つ物質で発現するバルク光起電力効果は、高効率太陽電池を実現する新しい光電変換の原理となる可能性を有する。本研究では、本来極性を持たないモット絶縁体であるLaFeO3を他の絶縁体と接合させることで、接合界面の極性不整合に誘起された自発分極を発現させることに成功した。自発分極の存在によって、光電流の符号が膜厚や界面の終端面によって変化するという異常な光起電力効果が発現することを明らかにした。また、分極が誘起されたLaFeO3接合では、極性のないモット絶縁体接合に比べて光電流発生に寄与する活性層が厚くなり、光電変換性能が向上することを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Nonlinear electron-phonon coupling in doped manganites (2017)
  • 著者名/発表者名: V. Esposito, R. Mankowsky, M. Fechner, H. Lemke, M. Chollet, J.M. Glownia, M. Nakamura, M. Kawasaki, Y. Tokura, U. Staub, P. Beaud, and M. Forst
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 印刷中
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spontaneous Polarization and Bulk Photovoltaic Effect Driven by Polar Discontinuity in LaFeO3/SrTiO3 Heterojunctions (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Nakamura, F. Kagawa, T.Tanigaki, H. S. Park, T. Matsuda, D. Shindo, Y. Tokura, and M. Kawasaki
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 巻: in press 号: 15
  • DOI: 10.1103/physrevlett.116.156801
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Surface Ordering of Orbitals at Higher Temperature in LaCoO3 Thin Film (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamasaki, J. Fujioka, H. Nakao, J. Okamoto, T. Sudayama, Y. Murakami, M. Nakamura, M. Kawasaki, T. Arima, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 2 ページ: 023704-023704
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.023704
  • NAID: 210000133819
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band alignment and photovoltaic effect of epitaxial α-PbO thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Majima, Y. Kozuka, M. Uchida, M. Nakamura, M. Kawasaki
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 号: 7 ページ: 074001-074001
  • DOI: 10.7567/apex.8.074001
  • NAID: 210000137593
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Strain-sensitive spin-state ordering in thin films of perovskite LaCoO3 (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Fujioka, Y. Yamasaki, A. Doi, H. Nakao, R. Kumai,Y. Murakami, M. Nakamura, M. Kawasaki, T. Arima, Y. Tokura
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 号: 19 ページ: 072103-072103
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.195115
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct Imaging of Dynamic Glassy Behavior in a Strained Manganite Film (2015)
  • 著者名/発表者名: W. Kundhikanjana, Z. Sheng, Y. Yang, K. Lai, E. Ma, Y. Cui, M. Kelly, M. Nakamura, M. Kawasaki, Y. Tokura, Q. Tang, K. Zhang, X. Li, Z. Shen
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 号: 26 ページ: 265701-265701
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.265701
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermal generation of spin current in an antiferromagnet (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Seki, T. Ideue, M. Kubota, Y. Kozuka, R. Takagi, M. Nakamura, Y.Kaneko, M. Kawasaki, Y. Tokura
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 115 号: 26 ページ: 266601-266601
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.266601
  • 査読あり
• [学会発表] Shift current photovoltaic effect in a quasi-one-dimensianl ferroelectric compound (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Nakamura, S. Horiuchi, S. Ishibashi, N. Ogawa, T. Kurumaji, F. Kagawa, Y. Tokura, and M. Kawasaki
  • 学会等名: CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
  • 発表場所: 理化学研究所、和光
  • 年月日: 2017-01-18
  • 国際学会
• [学会発表] Spontaneous polarization and anomalous photovoltaic effect induced in oxide heterointerfaces (2017)
  • 著者名/発表者名: Masao Nakamura
  • 学会等名: 2016 MRS Spring meeting
  • 発表場所: Phoenix, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Spontaneous polarization and bulk photovoltaic effect induced in designed interface of oxide heterojunctions (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Nakamura
  • 学会等名: CEMS Topical Meeting on Oxide Interface
  • 発表場所: 理化学研究所(埼玉県和光市)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Skyrmion formation in an epitaxial film of perovskite manganite with controlled magnetic anisotropy (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Nakamura, D. Morikawa, X. Z. Yu, F. Kagawa, T. Arima, M. Kawasaki, and Y. Tokura
  • 学会等名: Workshop on “Topological Magnets”
  • 発表場所: 理研理化学研究所(埼玉県和光市)
  • 国際学会
• [学会発表] 酸化物ヘテロ接合における界面誘起の自発分極 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中村優男、賀川史敬、谷垣俊明、松田強、進藤大輔、十倉好紀、川﨑雅司
  • 学会等名: 応用物理学会2015秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
• [備考] 理化学研究所 創発物性科学研究センター
  • URL: http://www.cems.riken.jp/jp/