| 研究課題/領域番号 |
21K04131
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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 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
尾崎 俊二 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (80302454)
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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 |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | カルコパイライト構造半導体 / 結晶成長 / エネルギーバンド構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
再生可能なエネルギー源として太陽光発電への期待は大きいが、現在主流のシリコン系太陽電池では光吸収係数が小さいという根本的問題がある。この問題を解決するために、銅・インジウム・ガリウム・セレンからなる化合物半導体（CIGS半導体）を光吸収層とした太陽電池の開発が盛んに進められている。近年CIGS系太陽電池のエネルギー変換効率の飛躍的な向上を図るものとしてタンデム型太陽電池が注目されている。
本研究では、タンデム型太陽電池のトップセル、ミドルセル光吸収層の半導体として、CIGS系半導体に銀を加えた新しい化合物半導体を提案し、その基礎電子物性を明らかにすることを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
令和4年度においても前年度に引き続き、CuxAg1-xGaS2(CAGS)半導体結晶の育成を中心に行った。前年度の垂直ブリッジマン法による結晶成長では、育成した結晶の組成の不均一性が問題となっていた。そこで令和4年度においては新たにボールミルを使用した結晶の育成を試みた。まず、Cu, Ag, Ga, Sを化学量論的に秤量し、ジルコニア製のボールと共にポットに入れた。次にオーバーポット方式の雰囲気制御容器に入れ、真空引きを行った後にアルゴンガスで充満した。アルゴンガス雰囲気下にした容器を遊星ボールミル装置にセットし、回転数を400～800 rpm、回転時間を1～3 hとして結晶の育成を試みた。
まずCu組成xが零となるAgGaS2(AGS)において遊星ボールミルによる作製を行ったところ、目視にて黄色の一様な粉末が得られた。X線回折(XRD)測定を行ったところ、多くの回折ピークが得られたが、それらは報告されているAGSのPDFデータと良い一致を示した。このことから、得られた粉末はAGS結晶であることがわかった。しかし、400 rpmにて作製した試料においてはAGSのPDFデータには無いピークも同時に観測され、それらは未反応のAg等であることがわかった。均一なAGS結晶を得るためには、800 rpmで2 hの反応が必要であることがわかった。
一方、得られた粉末状結晶のXRDスペクトルは、垂直ブリッジマン法で得られた結晶のスペクトルに比べ、ピークの半値幅が大きく、回折強度も小さかった。これは結晶性が悪いことが原因と考えられた。このため結晶のアニール処理を試みた。300～800度にて10分間アニールを行った結果、温度の上昇と共にXRDスペクトルにおいて回折ピークの強度が増し、ピーク半値幅も減少した。700度におけるアニールが結晶性の向上に有効であることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
研究計画において、令和4年度ではCAGS半導体バルク結晶の育成およびその光学的特性を調べることを主に行うこととしていた。しかし、結晶成長に時間を要したこと、および実験に必要な高圧電源の納品に時間がかかったため、光学測定に関してはやや遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和５年度においては、育成した結晶を使用して光学測定を主に行っていく。具体的には、光吸収測定を行うことで、光吸収端エネルギー（バンドギャップエネルギー）、光吸収係数を調べる。高エネルギー領域における光吸収係数は分光エリプソメータ―を使用する。また、フォトルミネッセンス測定も行う。さらに、変調分光測定を行うことにより、可視～紫外領域における電子バンド構造を調べる。
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