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2009 年度 実績報告書

ナノ結晶ゲルマニウム薄膜を用いた熱光発電素子に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 20560047
研究機関東海大学

研究代表者

磯村 雅夫  東海大学, 工学部, 教授 (70365998)

キーワード熱光発電 / ナノ結晶 / ゲルマニウム / 反応性スパッター / 不活性ガス / 水素 / イオン衝撃 / 結晶性
研究概要

本研究では熱源から放射される赤外光を電気エネルギーに変換する熱光発電(TPV : Thermophotovoltaic)に用いる光電変換素子の実現を目的に、ナノ結晶ゲルマニウム薄膜の研究開発を行っている。また、将来の実用化を踏まえ、低コスト且つ大面積化が可能な反応性RFスパッター法による作製を提案している。しかし、ナノ結晶Geでは粒界欠陥等により大きくp型化するという問題がある。そこで、本年度はナノ結晶SiやアモルファスSiでn型の不純物として働く酸素(O)の添加によってp型化を抑制することを試みた。酸素の添加はCO_2ガスをスパッタガスに導入することで行った。CO_2はプラズマによってCOとOに分解されOが膜中に主に添加される。スパッタガスに対するCO_2流量比がナノ結晶Ge薄膜の結晶性や導電率等の膜質に及ぼす影響について検討した結果、CO_2流量が5.0×10^<-3>[ccm]以上になるとラマン分光スペクトルにブロードなピークが現れ結晶性が低下すること、また、CO_2流量が5.0×10^<-4>~2.0×10^<-3>[ccm]の範囲では従来見られなかった導電率の光感度が得られることが判明した。これらの実験結果は、CO_2を添加する場合、結晶性を損なわない程度に少量添加することでナノ結晶Geの特性改善に効果があることを示している。酸素を適量Geに添加することで過剰少数キャリアが長寿命化することを示唆しており、ナノ結晶Ge中の欠陥を酸素が不活性化し再結合を抑制していると推察される。今回の結果は物性的に興味深い現象であると同時に、ナノ結晶Geの光電変換素子への応用を期待させるものである。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 学会発表 (4件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [学会発表] 反応性スパッタ法によって作製した微結晶Ge薄膜におけるCO_2添加効果2010

    • 著者名/発表者名
      片岡拓郎、江川淳一、畑野雄太、吉田直広、磯村雅夫
    • 学会等名
      第57回応用物理学関係連合演会
    • 発表場所
      東海大学湘南校舎
    • 年月日
      2010-03-18
  • [学会発表] Microcrystalline Germanium Thin Films Prepared By Reactive RF Sputtering2009

    • 著者名/発表者名
      N.Yoshida, Y.Hatano, M.Isomura
    • 学会等名
      19th International Photovoltaic Science and Engineering
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 年月日
      2009-11-11
  • [学会発表] 単結晶Si基板上に形成した非晶質Ge薄膜の固相成長による結晶成長2009

    • 著者名/発表者名
      井口正太郎、西村友秀、磯村雅夫
    • 学会等名
      第70回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2009-09-10
  • [学会発表] Crystalline growth of Ge on single crystal Si substrates by solid phase crystallization2009

    • 著者名/発表者名
      T.Nishimura, M.Isomura
    • 学会等名
      23rd International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors
    • 発表場所
      Utrecht, Netherlands
    • 年月日
      2009-08-25
  • [備考]

    • URL

      http://www.ei.u-tokai.ac.jp/Isomura-lab/

  • [産業財産権] 多結晶ゲルマニウムおよび多結晶シリコンゲルマニウム2010

    • 発明者名
      磯村雅夫
    • 権利者名
      学校法人東海大学
    • 産業財産権番号
      特許出願番号2010-045049
    • 出願年月日
      2010-03-02

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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