| 研究課題/領域番号 |
21K04130
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 (2022-2023)
筑波大学 (2021) |
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研究代表者 |
相原 健人 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)
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| 研究分担者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 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 / 非輻射再結合 / 光熱分光法 / バンドフラクチュエーション / 顕微PL測定 / CZTS太陽電池 / 表面起電力法 / 分光評価 / 顕微測定 / 窒素等電子トラップ / III-V族化合物半導体 / レーザー分光法 / 単一光子源 / 共鳴励起機構 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
量子コンピューターへの応用を目的とした区別のつかない希薄な発光素子を研究対象とした顕微分光評価技術の開発を行う。
具体的には、対象となる試料のバンドギャップやバンドギャップ内に存在する中間準位と一致する波長の光を照射する選択励起条件下での顕微測定の開発を行う。
取り組みとして、顕微装置系に新たに励起光照射時に試料表面で発生する「起電力」および非発光再結合の際に生じる「熱波」をそれぞれ検出可能にする。これらの信号を取得するために、それぞれ固有の検出器と試料ホルダーを設計・作製して実証実験を行い、得られた結果を共同研究者と議論・測定系の再検討を実施して多様な材料に適用できる評価技術の立ち上げを行う。
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| 研究成果の概要 |
発光・非発光再結合機構を組み合わせて不定比化合物半導体の一つであるCZTS薄膜太陽電池試料における局在的組成揺らぎによって生じる実効的バンドギャップの低下の調査を行った。非発光再結合機構からCZTSの高感度な光学吸収スペクトルを観測した。発光ピーク位置と光学スペクトルから算出したCZTSのバンドギャップのエネルギー差から、バンド揺らぎの原因はカチオンのアンチサイトによる局在的なイオン欠陥であったことを明らかにした。また、励起光強度増加に伴う発光スペクトルのブルーシフトの起因が局在的組成揺らぎによるバンドフィリング効果であったことを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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