可変バンドギャップアモルファスカーボン半導体の開発と光電変換デバイスへの応用

• 研究課題/領域番号: 26289089
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 本多 謙介 山口大学, 創成科学研究科, 教授 (60334314)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2014年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
• キーワード: アモルファスカーボン / 可変バンドギャップ / 半導体材料 / 太陽電池 / プラズマCVD / 電気・電子材料 / 可変バンドギャップ半導体

研究成果の概要

現在、SiCやダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体や低コストかつ可変バンドギャップ半導体など、新たな高性能半導体の開発が急務である。本研究では、バンドギャップが4 eV程度、電子移動度もGaNと同レベルと新しいワイドギャップ半導体であるa-Cに異原子を導入し、光学ギャップ可変かつ高性能な半導体を実現することを目的とした。新しいCVD法とRFの高周波化によるsp3成分比の向上により、光学ギャップが1.2eVから2.7eVに可変なn型Si添加a-C半導体と1.8eVから2.5eVに可変なp型Si添加a-C半導体の作製に成功した。これらとSiとのヘテロ接合は、pn接合太陽電池として機能した。

研究成果

• [雑誌論文] Development of Silicon and Carbon Based p-Type Amorphous Semiconductor Films with Optical Gap Variable for High-efficiency Multi-junction Solar Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Naragino, Yoshiya Nagata, Keigo Okafuji, Shinpei Ohtomo, Yuta Shimizu, and Kensuke Honda
  • 雑誌名: ECS transactions 巻: Vol. 75 (No. 13) ページ: 153-159
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of high-sensitive detection system for redox analytes having a standard potential higher than O2 evolution by using micropatterned conductive boron-doped DLC electrodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinpei Ohtomo, Hiroshi Naragino, Keigo Okafuji, Ryutaro Kobayashi, Kensuke Honda
  • 雑誌名: ECS transactions 巻: Vol. 75 (No. 17) ページ: 217-228
  • 査読あり
• [雑誌論文] Amorphous Carbon-Based Semiconductor Capable of Controlling Its Optical Gap and Conductivity by Incorporating Silicon and Nitrogen Atoms (2016)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Honda, Kohsuke Yoshinaga and Yoshiya Nagata
  • 雑誌名: ECS J. Solid State Sci. Technol. 巻: 5 号: 10 ページ: 590-597
  • DOI: 10.1149/2.0131610jss
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of electric conductivity and electrochemical activity of hydrogenated amorphous carbon by incorporating boron atoms (2014)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Honda, Hiroshi Naragino, and Yohsuke Shimai
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc. 巻: 161
  • 査読あり
• [学会発表] ワイドギャップシリコン添加アモルファスカーボン半導体を用いた太陽電池の創製及び出力特性と化学結合状態の相関の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 清水 優太, 楢木野 宏, 本多 謙介
  • 学会等名: 第64回応用物理春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川県横浜市パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] 超微細くし形ホウ素ドープDLC電極による酸素発生電位を超える標準電極電位を持つ酸化還元種の高感度検出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大友 慎平, 楢木野 宏, 岡藤 圭吾, 本多 謙介
  • 学会等名: 第64回応用物理春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川県横浜市パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Development of Silicon and Carbon Based p-Type Amorphous Semiconductor Films with Optical Gap Variable for High-Efficiency Multi-Junction Solar Cells (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Naragino, Y. Nagata, K. Okafuji, S. Ohtomo, Y. Shimizu, and K. Honda
  • 学会等名: Pasific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRiME 2016)/230th ECS Meeting
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2016-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] Development of High-Sensitive Detection System for Redox Analytes Having a Standard Potential Higher Than O2 Evolution By Using Micropatterned Conductive Boron-Doped DLC Electrodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinpei Ohtomo, Hiroshi Naragino, Keigo Okafuji, Ryutaro Kobayashi, and Kensuke Honda
  • 学会等名: Pasific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRiME 2016)/230th ECS Meeting
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2016-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] 導電性DLCのくし形電極化によるO2発生を超える酸化還元電位をもつレドックス種の高感度検出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大友 慎平・島井 庸佑・渡辺 紘太朗・本多 謙介
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会 2016年
  • 発表場所: 京都府京田辺市 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] プラズマ化学蒸着(CVD)法を用いたナローギャップアモルファスカーボン(a-C)半導体の創製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林 紘平・山田 昌央・永田 祥弥・小林 龍太朗・本多 謙介
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会 2016年
  • 発表場所: 京都府京田辺市 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] プラズマ表面処理による骨髄細胞（BMC）の付着性の高い界面の創製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 紘太朗・本多 謙介・島井 庸佑
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会 2016年
  • 発表場所: 京都府京田辺市 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Clarification of Si added a-C characters that contribute high efficiency solar cell and improvement of its semiconductor properties (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshiya Nagata, Masahiro Yamada, Ryutaro Kobayashi, Kensuke Honda
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: アメリカ・ハワイ市 ハワイコンベンションセンター
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Response change at interdigitated array microelectrodes consist of boron-doped amorphous carbon by varying geometry for high sensitive detection of redox analytes (2015)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Honda, Shinpei Ohtomo, Yoshiya Nagata, Masahiro Yamada, Ryutaro Kobayashi
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: アメリカ・ハワイ市 ハワイコンベンションセンター
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Amorphous Carbon Semiconductor Capable of Controlling Its Optical Gap and Conductivity by Incorporating Two Types of Foreign Atoms (2015)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Honda, Yoshiya Nagata, Masahiro Yamada, Yohsuke Shimai
  • 学会等名: ISPlasma2015/IC-PLANTS2015
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-03-30
  • 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Wide Gap Si Added a-C Semiconductor with p-Type Conduction by PlasmaEnhanced Chemical Vapor Deposition (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshiya Nagata, Yohsuke Shimai, Masahiro Yamada, Kensuke Honda
  • 学会等名: ISPlasma2015/IC-PLANTS2015
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-03-30
• [学会発表] The Synthesis of Carbon-Based Material with High Reactivity toward Oxygen Reduction (2015)
  • 著者名/発表者名: Yohsuke Shimai, Yoshiya Nagata, Masahiro Yamada, Kensuke Honda
  • 学会等名: ISPlasma2015/IC-PLANTS2015
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-03-30
• [学会発表] The Fabrication of Amorphous Wide Gap Semiconductor by Introducing Hetero Atoms (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Yamada, Yohsuke Shimai, Yoshiya Nagata, Kensuke Honda
  • 学会等名: ISPlasma2015/IC-PLANTS2015
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-03-30
• [学会発表] プラズマCVD 法による長波長応答型n 型a-C 半導体の創製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長谷川翔平・本多謙介・永田祥也・山田昌央
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会 2015年
  • 発表場所: 日本大学 千葉県船橋市
  • 年月日: 2015-03-27
• [学会発表] Fabrication of B-doped DLC based interdigitated array microelectrodes and high sensitive detection of redox analytes with higher standard potential than H2O/O2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Kensuke Honda, Ryohei Kawajiri, Yohsuke Shimai
  • 学会等名: 65th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 発表場所: Lausanne, Switzerland
  • 年月日: 2014-09-03
• [産業財産権] アモルファスカーボンの製造方法及びアモルファスカーボン (2016)
  • 発明者名: 本多 謙介
  • 権利者名: 国立大学法人山口大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-183910
  • 出願年月日: 2016-09-21