| 研究課題/領域番号 |
17H04918
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
都甲 薫 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30611280)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 太陽電池 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、軽くて柔らかいプラスチックの上にIII-V族化合物半導体（GaAs）を薄膜で直接合成し、高い効率と広い汎用性を両立した「ユビキタス太陽電池」の基盤技術を構築することを目指している。具体的には、GaAsがGe上に高品質形成されることに着眼するとともに、シーズ技術を活用し、プラスチック上に優れた光学特性を有するGaAs膜を創出することを目的とする。前年度において、ガラス上に形成したモノライクGe薄膜上にGaAs膜をエピタキシャル成長することに成功した。当該年度は、当初予定していた「GaAs膜の低温合成」に加え、計画を前倒しにして「光学特性評価」を検討した。
現状の成長条件（成膜レート：約200 nm/h、（111）面方位）においてはGaAs膜のエピタキシャル成長の下限温度がおよそ500℃であることが判った。また研究の過程で、成膜レートの低減や面方位の変調（（001）方位化）によって成長温度のさらなる低減が可能であることが示唆された。成長温度520℃で得られたGaAs膜について、太陽電池用薄膜の基礎特性となる分光感度を外部バイアス印加により評価した結果、高い量子効率（70%）が発現した。これまでガラス上に結晶成長したGaAs膜で分光感度が得られた例はなく、本提案コンセプトであるモノライクGeシード層が非常に有効に働いたことを示している。優れたIII-V族化合物半導体薄膜太陽電池の開発に直結する成果である。今後はGaAs膜中におけるpn接合の形成と太陽電池動作の実証に加え、プラスチック上展開に向けて研究を推進していく。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当該年度の当初目標は、「プラスチック上におけるGaAs薄膜の低温合成」であった。現状の成長条件におけるGaAs膜のエピタキシャル成長温度の下限はおよそ500℃であるが、成長温度の低温下に向けた解決策も明らかとなった。一方、光学特性の評価を1年前倒しにし、ガラス上に結晶成長したGaAs膜として初めて分光感度が得られた点は特筆すべきである。Applied Physics Letters誌や学会講演奨励賞に結実しており、高い評価が得られている。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度において、GaAs薄膜のプラスチック上低温合成に関する知見を得ることができた。今後は実際に成長温度の低温化を図り、プラスチック上GaAs膜を形成する。また、GaAs膜中におけるpn接合の形成と太陽電池動作の実証に向けて研究を推進する。
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