完全水溶液プロセスによる低欠陥酸化物薄膜の作製とその太陽電池応用

• 研究課題/領域番号: 22550164
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能材料・デバイス
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 芦田 淳 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (60231908)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2012年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2011年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2010年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 結晶成長 / 高効率太陽光発電材料・素子 / 格子欠陥 / セラミックス / 新エネルギー / 酸化銅 / 酸化亜鉛 / 太陽電池 / 電気化学 / 欠陥 / 電導特性 / 電気化学成長 / 酸化物半導体 / 非化学量論性欠陥 / 光励起発光 / 連続膜

研究概要

安全・安心・安価で環境親和性の高い全水溶液プロセスによる ZnO/Cu2O 系太陽電池の実現を目指し、両層の薄膜を作製した。ZnO はロッドなどになりやすく連続膜を得にくい問題があったが、核形成と初期成長の詳細な解析を行い、成長初期の水酸化亜鉛の生成を回避することでこれを解決した。また Cu2O では酸素源である電解液中の水酸基濃度と溶存酸素濃度を制御することでキャリアの起源となる Cu 欠損量を変化させうる可能性を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Norifumi Fujimura, "Local pH Control by Electrolysis for ZnO Epitaxial Deposition on a Pt Cathode" (2012)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Yagi, Yusuke Kondo, Yuichi Satake, Atsushi Ashida
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 62 ページ: 348-353
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local pH Control by Electrolysis for ZnO Epitaxial Deposition on a Pt Cathode (2012)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Yagi
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 62 ページ: 348-353
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2011.12.059
  • 査読あり
• [雑誌論文] ZnO crystal growth on micro electrode by electrochemical deposition method (2011)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kondo, Atsushi Ashida, Naoya Nouzu and Norifumi Fujimura
  • 雑誌名: Institute of Physics, Conference Series: Materials Science and Engineering 巻: 18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initial growth process in the electrochemical deposition of ZnO (2011)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ashida, Naoya Nouzu, and Norifumi Fujimura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50
  • NAID: 210000070523
  • 査読あり
• [雑誌論文] ZnO crystal growth on micro electrode by electrochemical deposition method (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kondo, A.Ashida, N.Nouzu, N.Fujimura
  • 雑誌名: Institute of Physics, Conference Series : Materials Science and Engineering 巻: 18 号: 9 ページ: 092043-092043
  • DOI: 10.1088/1757-899x/18/9/092043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initial growth process in the electrochemical deposition of ZnO (2011)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ashida
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50(印刷中)
  • NAID: 210000070523
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface preparation of ZnO single-crystal substrate for the epitaxial growth of ZnO thin films (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Crystal Growth 巻: 318 ページ: 516-518
  • 査読あり
• [雑誌論文] 定電流電気化学堆積法による酸化亜鉛薄膜の作製 (2010)
  • 著者名/発表者名: 芦田 淳,藤村紀文
  • 雑誌名: 材料 巻: 59 ページ: 681-685
  • NAID: 130000335799
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of cathodic potential for deposition of ZnO by constant current electrochemical method (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Nouzu, A. Ashida, T. Yoshimura and N. Fujimura
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 518 ページ: 2957-2960
  • 査読あり
• [学会発表] 電気化学成長 Cu2O 薄膜における結晶性の電解液 pH 依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤俊祐、芦田 淳、吉村 武、藤村紀文
  • 学会等名: 第60回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 厚木市
  • 年月日: 2013-03-30
• [学会発表] Effect of oxygen sources on the electrochemical growth process of Cu2O epitaxial thin films (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Sato2013
  • 学会等名: 32nd Electronic Materials Symposium
  • 発表場所: Moriyama, Shiga, Japan
• [学会発表] Nucleation and grain growth process of ZnO by electrochemical method (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Ashida
  • 学会等名: 32nd Electronic Materials Symposium
  • 発表場所: Moriyama, Shiga, Japan
• [学会発表] 電気化学成長Cu2O薄膜における結晶性の電解液pH依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤俊祐
  • 学会等名: 第60回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川県 厚木市
• [学会発表] Nano-sized nucleus formation and growth of ZnO crystals by the electrochemical process (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ashida, Naoya Nouzu, Yusuke Kondo, Takeshi Yoshimura, Norifumi Fujimura
  • 学会等名: European Materials Research Society 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Warszawa, Poland
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 局所 pH 制御を利用した銅酸化物半導体材料の電析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐竹唯大、八木俊介、 芦田 淳、藤村紀文
  • 学会等名: 平成 24 年度資源・素材関係学協会合同秋季大会
  • 発表場所: 秋田市
  • 年月日: 2012-09-11
• [学会発表] 電気化学堆積法による(111) Pt 上 Cu2O 薄膜成長 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 俊祐, 芦田 淳,吉村 武,藤村 紀文
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山市
  • 年月日: 2012-09-11
• [学会発表] 電気化学成長 Cu2O薄膜の配向制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤俊祐、 芦田 淳、近藤雄祐、八木俊介、吉村 武、藤村紀文
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] 電気化学成長Cu_2O薄膜の配向制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤俊祐、芦田淳、近藤雄祐、八木俊介、吉村武、藤村紀文
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東京都新宿区西早稲田1-6-1早稲田大学早稲田キャンパス
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] Nano-sized nucleus formation and growth of ZnO crystals by the electrochemical process (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ashida
  • 学会等名: European Materials Research Society 2012 Fall Meeting
  • 発表場所: Warsaw, Poland
• [学会発表] 局所pH制御を利用した銅酸化物半導体材料の電析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐竹唯大
  • 学会等名: 平成24年度資源・素材関係学協会合同秋季大会
  • 発表場所: 秋田県秋田市
• [学会発表] 電気化学堆積法による(111) Pt 上Cu2O 薄膜成長 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤俊祐
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛県松山市
• [学会発表] ZnO Thin Films Grown by Electrochemical Deposition Method with Pulsed Electrolytic Current and Its Electrical Conductivity (2011)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ashida, Takahito Okuma, Takahiro Nagata and Norifumi Fujimura
  • 学会等名: 3rd International Congress on Ceramics
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2011-11-15
• [学会発表] ZnO crystal growth on micro electrode by electrochemical deposition method (2011)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kondo, Atsushi Ashida, Naoya Nouzu and Norifumi Fujimura
  • 学会等名: 3rd International Congress on Ceramics
  • 発表場所: Osaka, Japan)
  • 年月日: 2011-11-15
• [学会発表] Zn極性及びO極性ホモエピタキシャルZnO薄膜の表面構造 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中村立
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学、厚木市
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] 成長初期層制御による電気化学堆積 ZnO 連続薄膜の作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 能津直哉、近藤雄祐、芦田 淳、吉村 武、藤村紀文
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 厚木市
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] 電気化学的手法による ZnO ロッドの作製とその形態制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤雄祐、能津直哉、 芦田 淳、藤村紀文
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 厚木市
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] 成長初期層制御による電気化学堆積ZnO連続薄膜の作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 能津直哉
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学、厚木市
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] 電気化学的手法によるZnOロッドの作製とその形態制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 近藤雄祐
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学、厚木市
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] 成長初期層制御した平坦化電気化学堆積 ZnO 薄膜 (2010)
  • 著者名/発表者名: 能津直哉、近藤雄祐、芦田 淳、吉村 武、藤村紀文
  • 学会等名: 日本材料学会半導体エレクトロニクス部門委員会平成 22年度第2回研究会
  • 発表場所: 堺市
  • 年月日: 2010-11-20
• [学会発表] 成長初期層制御した平坦化電気化学堆積ZnO薄膜 (2010)
  • 著者名/発表者名: 能津直哉
  • 学会等名: 日本材料学会平成22年度第2回半導体エレクトロニクス部門研究会
  • 発表場所: 大阪府立大学、堺市
  • 年月日: 2010-11-20
• [学会発表] ZnO Thin Films Grown by Electrochemical Deposition Method with Pulsed Electrolytic Current and Its Electrical Conductivity (2010)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Ashida
  • 学会等名: 3rd International Congress on Ceramics
  • 発表場所: 大阪国際会議場(大阪市)
  • 年月日: 2010-11-15
• [学会発表] ZnO crystal growth on micro electrode by electrochemical deposition method (2010)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kondo
  • 学会等名: 3rd International Congress on Ceramics
  • 発表場所: 大阪国際会議場(大阪市)
  • 年月日: 2010-11-15
• [学会発表] Initial growth process in the electrochemical deposition of ZnO (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Ashida, N. Nouzu, and N. Fujimura
  • 学会等名: 17th International Conference on Ternary and Multinary Compounds
  • 発表場所: Baku, Azerbaijan
  • 年月日: 2010-09-28
• [学会発表] Initial growth process in the electrochemical deposition of ZnO (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Ashida
  • 学会等名: 17th International Conference on Ternary and Multinary Compounds
  • 発表場所: Ramada and Crescent Beach Hotel, Baku, Azerbaijan
  • 年月日: 2010-09-28
• [学会発表] 電気化学堆積法による微細電極上ZnO成長II (2010)
  • 著者名/発表者名: 近藤雄祐
  • 学会等名: 第67回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学、長崎市
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] Surface Morphology of Homoepitaxial ZnO Thin Films Grown on Zn-polar ZnO Substrates (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura
  • 学会等名: the 16th International Conference on Crystal Growth in conjunction with the 14th Conference on Vapor Growth and Epitaxy
  • 発表場所: Beijing International Convention Center, Beijing, China
  • 年月日: 2010-08-10
• [備考] 大阪府立大学工学研究科電子物理工学分野 機能デバイス物資研究グループ
  • URL: http://www.pe.osakafu-u.ac.jp/pe7/