電界効果形窒化物半導体太陽電池の高効率化

• 研究課題/領域番号: 24656019
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 愛知工業大学
• 研究代表者: 澤木 宣彦 愛知工業大学, 工学部, 教授 (70023330)
• 連携研究者: 本田 善央 名古屋大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60362274)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 窒化物半導体 / 太陽電池 / ビルトイン電界効果 / 分極電界 / 格子空孔 / 黄色帯発光 / インパクトイオン化 / 炭素ドーピング / 電界効果 / ヘテロ構造 / ｐｎ接合 / 分極電荷 / 格子欠陥 / 結晶欠陥 / トランスポート / ピエゾ電界

研究成果の概要

太陽電池の高効率化とプロセスコストの低減を両立させるため電界効果を取り入れた窒化物半導体単一pn接合セルを提案・検討した。p形トップ層の混晶組成を徐々に変化させることで光吸収の窓効果と内部電界の発生を促し、光励起キャリアにドリフト効果を付与することでセルの変換効率が60倍に増強できることが分かった。シミュレーションによりp形トップ層の最適厚さはキャリア拡散長の3分の1程度であった。(0001)面トップ層をp形とするためには、分極電界等による自己補償効果に対処するため、Ga空孔の低減が必須であることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Resonant Raman and FTIR spectra of carbon doped GaN (2015)
  • 著者名/発表者名: S.Ito, H.Kobayashi, K.Araki, K.Suzuki, N.Sawaki, K.Yamashita, Y.Honda, and H.Amano
  • 雑誌名: J. Crystal Growth 巻: 414 ページ: 56-61
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2014.11.024
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nature of yellow luminescence band in GaN grown on Si substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Ito, T.Nakakita, N.Sawaki, M.Irie, T.Hikosaka, Y.Honda, M.Yamaguchi, and H.Amano
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53 号: 11S ページ: 11RC02-11RC02
  • DOI: 10.7567/jjap.53.11rc02
  • NAID: 210000144631
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Growth of GaN on Metallic Compound Graphite Substrate Using Hydride Vapor Phase Epitaxy (2013)
  • 著者名/発表者名: J.Y.Kim, G.S.Lee, S.G.Jung, M.A.Park, M.J.Shin, S.N.Yi, M.Yang, H.S.Ahn, Y.M.Yu, S.W.Kim, H.S.Lee, H.S.Kang, H.S.Jeon, and N.Sawaki
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 号: 11S ページ: 11NG03-11NG03
  • DOI: 10.7567/jjap.52.11ng03
  • NAID: 210000143121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Defect generation and annihilation in GaN grown on patterned silicon substrate (2013)
  • 著者名/発表者名: N.Sawaki, S.Ito, T.Nakagita, H.Iwata, T.Tanikawa, M.Irie, Y.Honda, M.Yamaguchi, and H.Amano
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 8625 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1117/12.2002738
• [雑誌論文] Development of the Hybrid Conjugated Polymer Solar Cell Based on GaN Quantum Dots (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Kim, M.J.Shin, D.Gwon, H.S.Ahn, S.N.Yi, P.S.Kim, S.C.Yoon, C.Lee, J.Park, K.Shin, D.H.Ha, and N.Sawaki
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 52 号: 1S ページ: 01AD02-01AD02
  • DOI: 10.7567/jjap.52.01ad02
  • NAID: 210000141765
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of AlGaN-based vertical light-emitting diodes (2012)
  • 著者名/発表者名: S.M.Bae, H.S.Jeon, G.S.Lee, S-G.Jung, K.H.Kim, S.N.Yi, M.Yang, H.S.Ahn, Y.M.Yu, S-W.Kim, S.H.Cheon, H-J.Ha and N.Sawaki
  • 雑誌名: J. Ceramic Processing Research 巻: 13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of GaN on GaN LED by HVPE method (2012)
  • 著者名/発表者名: S-G.Jung, H.S.Jeon, G.S.Lee, S.M.Bae, K-H.Kim, S.N.Yi, M.Yang, H.S.Ahn, Y.M.Yu, S-W.Kim, S.H.Cheon, H.J.Ha and N.Sawaki
  • 雑誌名: J. Ceramic Processing Research 巻: 13
  • 査読あり
• [学会発表] Effect of annealing on the defect related emission in GaN grown on Si substrate (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Kobayashi, T.Yagi, R.Tanabe, T.Kanematsu,H.Iwata, N.Sawaki, M.Irie, Y.Honda, and H.Amano
  • 学会等名: APWS 2015
  • 発表場所: The K Seoul Hotel (Seoul, Korea)
  • 年月日: 2015-05-17 – 2015-05-20
• [学会発表] Improvement of crystalline quality of GaN on Si by an AlInN nucleation layer (2015)
  • 著者名/発表者名: T.Yagi, R.Tanabe, T.Kanematsu, H.Kobayashi, N.Sawaki, M.Irie, Y.Honda, and H.Amano
  • 学会等名: ISPlasma 2015
  • 発表場所: Nagoya University(名古屋市千種区)
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-31
• [学会発表] Optical spectra and yellow luminescence in C doped GaN (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Kobayashi, N.Sawaki, K.Yamashitta, T.Hikosaka, Y.Honda, and H.Aman
  • 学会等名: ISPlasma 2015
  • 発表場所: Nagoya University(名古屋市千種区)
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-31
• [学会発表] Characteristics of high-quality AlN thick film grown on c-sapphire substrates by HVPE method (2015)
  • 著者名/発表者名: G.S.Lee, H.S.Jeon, C.M.Lee, C.B.Lee, S.N.Yi, M.Yang, H.S.Ahn, S.W.Kim, Y.M.Yu, and N.Sawaki
  • 学会等名: ISPlasma 2015
  • 発表場所: Nagoya University(名古屋市千種区)
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-31
• [学会発表] 炭素ドープ半極性(1-101)GaN の光学特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小林宙主、澤木宣彦、山下康平、彦坂年輝、本田善央、天野浩
  • 学会等名: 平成26年電気電子情報関係学会東海支部連合大会
  • 発表場所: 中京大学（名古屋市天白区）
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-09
• [学会発表] Resonant Raman and FTIR spectra of carbon doped GaN (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Ito, K.Araki, K.Suzuki, N.Sawaki, K.Yamashita, Y.Honda, and H.Amano
  • 学会等名: ICMOVPE 2014
  • 発表場所: EPFL(Lousanne, Swiss)
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [学会発表] Nature of yellow luminescence band in high quality GaN (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Ito, T.Nakakita, N.Sawaki, M.Irie, Y.Honda, M.Yamaguchi, and H.Amano
  • 学会等名: ISPlasma2014
  • 発表場所: Nagoya
• [学会発表] FTIR spectra in a heavily carbon doped (0001)GaN (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Araki, K.Suzuki, N.Sawaki, K.Yamashita, Y.Honda, and H.Amano
  • 学会等名: ISPlasma2014
  • 発表場所: Nagoya
• [学会発表] Growth of high quality GaN on (111)Si using AlN:In nucleation layer (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Ito, T.Nakagita, S.Kawakita, H.Iwata, N.Sawaki, M.Irie, Y.Honda, M.Yamaguchi, and H.Amano
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors
  • 発表場所: Taipei
• [学会発表] Coalescence and generation of stacking faults in a (1-101)GaN grown on a patterned (001)Si substrate (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Nakagita, S.Ito, H.Iwata, N.Sawaki, T.Tanikawa, Y.Honda, M.Yamaguchi, and H.Amano
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific Workshop on Widegap Semiconductors
  • 発表場所: Taipei
• [学会発表] Epitaxial relationship and nano-structures at GaN/Si interface (2013)
  • 著者名/発表者名: N.Sawaki
  • 学会等名: EMN2013- Open Access 2013
  • 発表場所: Chengdu
  • 招待講演
• [学会発表] 半極性(1-101)GaN における積層欠陥の振る舞い (2013)
  • 著者名/発表者名: 中北太平、伊藤翔悟、岩田博之、澤木宣彦、本田善央、山口雅史、天野浩
  • 学会等名: 電気関係学会東海支部学術講演会
  • 発表場所: 静岡大学
• [学会発表] Si基板上GaN/AlInNエピタキシャル膜のPLスペクトル (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤翔悟、中北太平、澤木宣彦、入江将嗣、本田善央、山口雅史、天野浩
  • 学会等名: 電気関係学会東海支部学術講演会
  • 発表場所: 静岡大学
• [学会発表] Defect generation and annihilation in GaN grown on patterned silicon substrate (2013)
  • 著者名/発表者名: N.Sawaki, T.Nakagita, S.Ito, H.Iwata, T.Tanikawa, M.Irie, Y.Honda, M.Yamaguchi, and H.Amano
  • 学会等名: SPIE-OPTO 2013
  • 発表場所: San Francisco (USA)
• [学会発表] A high efficiency InGaN solar cell with graded composition p-InGaN top layer (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Fujisawa and N.Sawaki,
  • 学会等名: ISPlasama 2013
  • 発表場所: Nagoya (Japan)
• [学会発表] 傾斜組成トップ層によるInGaN太陽電池の高効率化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 藤澤知樹，澤木宣彦
  • 学会等名: 電気関係学会東海支部学術講演会
  • 発表場所: 豊橋市、日本
• [備考] 愛知工業大学学術情報リポジトリ
  • URL: http://repository.aitech.ac.jp/dspace/
• [備考] グリーンエネルギー研究拠点
  • URL: http://so-ken.aitech.ac.jp/soken/green/index.html
• [備考] 愛知工業大学研究報告
  • URL: http://www.ait.ac.jp/others/kenkyu.html