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プラズマ・ナノ表面反応制御に基づいたキャリア輸送特性の設計

公募研究

研究領域プラズマとナノ界面の相互作用に関する学術基盤の創成
研究課題/領域番号 22110502
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関埼玉大学

研究代表者

白井 肇  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (30206271)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2011年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2010年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード局所酸化 / ナノ結晶Si / プラズマCVD / ナノ結晶成長の位置制御 / 太陽電池 / 塩素系原料 / AFM / ナノ界面 / 表面 / 量子効果
研究概要

塩素系(SiH_2Cl_2/H_2)プラズマCVD法によるた微結晶シリコン(μc-Si:H:Cl)成長初期過程の反応圧力、高周波電力、流量比、基板温度、高周波電力のオン・オフ比を変化させてsi基板上のナノ結晶Si(nc-Si)ドットを形成した。その結果nc-Siのサイズおよび密度分布制御に成功した。そこでnc-Si成長の位置制御を呂的に原子間力顕微鏡(AFM)のコンタクトモードによる局所酸化を利用して10-50μm(5×5)サイズの酸化領域を格子状に形成し、1辺の格子サイズを変化させてその上にSi製膜を行うことでnc-Siドットの形成状態を観察した。その結果1)1辺の格子サイズが小さい程c-Si領域にSiが形成される確率が低く、サイズが大きくなるにしたがってその確率は増大することがわかった。2)コンタクトモードで水を用いて酸化した幅5μmのSiO_2ライン上にはSiの膜は形成されなかった。3)Si/SiO_2境界領域では、膜がSi領域に偏析されやすく、SiO_2上への付着は見られなかった。以上の結果からSi表面の局所酸化を利用することで、Si成長領域を制御できることを明らかにした。以上の結果は、塩素系前駆体の反応性に起因するもので従来のSiH_4系との相違が明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

太陽電池性能におけるSiナノ粒子の効用を明らかにするための取り組みに関して、ドット密度・位置制御の効用をより明らかにすることが必要であり、現在継続して実験をおこなっている。

今後の研究の推進方策

ナノ結晶Siの導入法に関して、より簡便で且つプラズマを利用したことによる優位性を明確にするためのアイデアが必要である。基礎的検討からC-SiとSiO_2上のSi前駆体の付着の差を利用して位置制御できることが明らかになったが、局所的な制御であり、大面積で実現するためにはナノ粒子の導入等との融合が今後の展開に有効であることから、系統的にナノ粒子を導入して上記の実験を推進していくことを予定している。

報告書

(2件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2012 2011 2010

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Efficient Crystalline Si/PEDOT:PSS:GO composite heterojunction solar cells2012

    • 著者名/発表者名
      M.Ono, Z.Tang, R.Ishikawa, T.Gotou, K.Ueno, H.Shirai
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 5 ページ: 32301-32301

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly efficient Si/Zonyl fluorosurfacant-tretaed organic heterojunction solar cell2012

    • 著者名/発表者名
      Q.Liu, M.Ono, Z.Tang, R.Ishikawa, K.Ueno, H.Shirai
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 100 号: 18 ページ: 183901-183901

    • DOI

      10.1063/1.4709615

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrospray deposition of P3HT films for crystalline Si/organic hybrid junction solar cells2012

    • 著者名/発表者名
      T.Ino, M.Ono, N.Miyauchi, Q.Liu, Z.Tang, R.Ishikawa, K.Ueno, H.Shirai
    • 雑誌名

      Japn Journal of Applied Physics

      巻: 51(印刷中)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rapid thermal annealing of sputter-deposited ZnO/ZnO:N/Zno multilayered structures2012

    • 著者名/発表者名
      F.Watanabe, H.Shirai, Y.Fuji, T.Hanajiri
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 520 ページ: 3729-3735

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Depth profile characterization of spin-coated PEDOT:PSS films for thin-film solar cells during Ar plasma etching by spectroscopic ellipsometry2012

    • 著者名/発表者名
      T.Ino, T.Hayashi, K.Ueno, H.Shirai
    • 雑誌名

      Japan Journal of Applied Physics

      巻: 50

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-time ellipsometric characterization of the initial growth stage of PEDOT:PSS films by electrospary deposition2011

    • 著者名/発表者名
      T.Ino, T.Asano, T.Fukuda, K.Ueno, H.Shirai
    • 雑誌名

      Journal of Nanoscience and Nanotechnology

      巻: 11 ページ: 1-5

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-time ellipsometric characterization of initial growth stage of PEDOT:PSS films by electrospray deposition2011

    • 著者名/発表者名
      T.Ino, T.Arai, T.Fukuda, K.Ueno, H.Shirai
    • 雑誌名

      Japan Journal of Applied Physics

      巻: 50 ページ: 81603-81603

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical activity of oxygen atoms in the magnetron sputter-deposited Z nO films2011

    • 著者名/発表者名
      A.Morita, I.Watanabe, H.Shirai
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 519 号: 20 ページ: 6903-6909

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2010.11.055

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rapid thermal-annealing of ZnO:Sl films for Si thin-film solar cells2011

    • 著者名/発表者名
      N.Ohta, D.Ohba, S.Sato, H.Shimizu, H.Shirai
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 519 ページ: 6920-6927

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Si Thin-Film Solar Cells Fabricated by RF PE-CVD of a Si_3H_8 and H_2 Mixture on ZnO:Al2010

    • 著者名/発表者名
      D.Ohba, C.H.Lai, S.Sato, Z.Tang, H.Shirai
    • 雑誌名

      Trans.of the Mater.Res.Soc.Jpn.

      巻: 35 ページ: 617-620

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Local Deposition of Carbon Containing SiO_x, Synthesized Using Atmospheric Pressure Microplasma Jet2010

    • 著者名/発表者名
      Q.Pan, Y.Ding, H.Shirai
    • 雑誌名

      Trans.of the Mater.Res.Soc.Jpn.

      巻: 35 ページ: 187-190

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of Oxygen Atoms in the Growth of Sputter-Deposited ZnO Films2010

    • 著者名/発表者名
      J.Jie, A.Morita, H.Shirai
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 108

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Efficient crystalline Si/organic junction solar cells2012

    • 著者名/発表者名
      Q.Liu, Z.Tang, R.Ishiwaka, K.Ueno, H.Shirai
    • 学会等名
      European Material Research Society (E-MRS)
    • 発表場所
      ストラスブルグ(フランス)
    • 年月日
      2012-05-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Surface Chemistry of the Preferential (111) and (220) Crystal Oriented Microcryst alline Silicon by RF PE-CVD for Si Thin-Films Solar Cells2010

    • 著者名/発表者名
      H.Shirai, Z.Tang, D.Ohba
    • 学会等名
      7^<th> International Conference on Reactive Plasma, 28^<th> Symposium on Plasma Processing and 63d Gaseous Electronics Conference (ICRP-7/SPP-28/GEC-63)
    • 発表場所
      フランス(パリ)
    • 年月日
      2010-10-20
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [産業財産権] シリコン単結晶膜およびその製造方法2011

    • 発明者名
      白井肇、東正信
    • 権利者名
      埼玉大学、トクヤマ
    • 産業財産権番号
      2011-255400
    • 出願年月日
      2011-11-22
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

URL: 

公開日: 2010-08-23   更新日: 2018-03-28  

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