光熱変換技術を用いた結晶粒界などで光散乱の多い半導体薄膜の光吸収スペクトル測定

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22560024
• 研究機関: 宮崎大学
• 研究代表者: 碇 哲雄 宮崎大学, 工学部, 教授 (70113214)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 光熱変換スペクトル / 半導体薄膜 / 太陽電池デバイス / 非発光電子遷移

研究概要

24年度に測定を行った代表的な試料は、(1)GaAsナノワイア、(2)カルコパイライト型薄膜太陽電池材料、そして(3)GaAlAs/GaAs太陽電池用量子井戸薄膜である。(1)については入射光がナノワイアの表面で乱反射され、吸収スペクトルを測定することが極めて困難である試料であったが、PPTS信号を測定することが出来た。ただ、信号強度が極めて小さく、本格的解析を実施するには至っていない。Photoluminescenceは予備実験として測定しているので、PPTSの感度をあげて測定を続けている。(2)については、薄膜の深さ方向に組成分布があり、その不均一性に伴うバンドギャップの変化が却って光電変換効率を挙げる要因になっている。この試料については、透明トランスデューサーを用いる方法を新たに導入し、吸収スペクトルを得ることが出来た。また同時に、Photoluminescence、Photoreflectanceスペクトルを測定し、三つの測定結果を比較検討することから、試料内のバンドダイアグラムを始めて明らかにする事が出来た。(3)については、吸収層内に多数の量子井戸が存在するために、井戸と障壁層界面のキャリアの非発光（非輻射）再結合が極めて大きな問題となるが、他の光学的測定手段とPPTSを併用することで、キャリア再結合機構を明らかにした。以上のように、薄膜中にgrain boundaryなどにより光散乱の影響が大きく、透過測定など通常の光学的測定技術ではその吸収係数スペクトルを得ることが出来ない試料に対し、PPTS方が極めて有用な実験手段であることを明らかにした。これらの成果は4編の国際的学術論文として公表すると共に、欧州材料学会（E-MRS）シンポジウム、米国真空学会シンポジウム（AVS）などの国際会議においてOralで発表し、外国の研究所の注目を引くことが出来た。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Non-radiative carrier recombination mechanism in the InGaAs/GaAsP strain-balanced quantum well solar cells with different number of stacks by using a piezoelectric photothermal method (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuyama, Y. Nakano, T. Aihara, H. Fujii, M. Sugiyama, Y. Nakano and T. Ikari
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1477 ページ: 185-188
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of the photovoltaic performance of the polycrystalline silicon p-n junction by a photothermal measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: Fukuyama, A., Ishibashi, D., Sato, Y.,Sakai, K., Suzuki, H., Nishioka, K.,Ikari, T.
  • 雑誌名: Journal of Non-Crystalline Solids 巻: 358 (17) ページ: 2206-2208
  • DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2011.11.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray and photoluminescence properties of Sm3+ doped barium sulfide (2012)
  • 著者名/発表者名: Maeda, K., Kawaida, N.,Tsudome, R., Sakai, K., Ikari, T..
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (C) 巻: 9(12) ページ: 93-96
  • DOI: 10.1002/pssc.201200321
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitrogen related deep levels in GaAsN films investigated by a temperature dependence of piezoelectric photothermal signal (2012)
  • 著者名/発表者名: Kashima, K., Fukuyama, A., Nakano, Y., Inagaki, M., Suzuki, H., Yamaguchi, M., Ikari, T.
  • 雑誌名: Materials Science Forum 巻: 725 ページ: 93-96
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.725.93
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of bandgap energies of Cu(In,Ga)Se2 thin films grown by a sequential evaporation method using piezoelectric photothermal spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Mori, Y. Motono, W. Ding, A. Fukuyama, T. Yamaguchi and T. Ikari
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 ページ: 07GA07-1-4
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.07GA07
  • 査読あり
• [学会発表] Piezoelectric Photothermal Spectra and carrier nonradiative recombination in InGaAs/GaAsP Super Lattice Structured Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ikari, T. Aihara, Y. Nakano, A. Fukuyama, Y. Wang, M. Sugiyama, Y. Nakano.
  • 学会等名: American Vacuum Society, 59th Int. Symposium
  • 発表場所: Tampa, FL USA
  • 年月日: 20121028-20121102
• [学会発表] Nonradiative Carrier Recombination in InGaAs/GaAsP Strain-Balanced Superlattice Solar Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Taketo Aihara,, Y. Nakano, A. Fukuyama, Y. Wang , M. Sugiyama, Y. Nakano, and Testuo Ikari
  • 学会等名: American Vacuum Society, 59th Int. Symposium
  • 発表場所: Tampa, FL USA
  • 年月日: 20121028-20121102
• [学会発表] Bandgap gradient of Cu(In,Ga)Se2 absorbing layer studied by piezoelectric photothermal and photoluminescence spectroscopies (2012)
  • 著者名/発表者名: Wen Ding, Yutaro Motono, Takayuki Mori, Akio Suzuki, Toshiyuki Yamaguchi1, Atsuhiko Fukuyama, and Tetsuo Ikari
  • 学会等名: EMRS (European Materials Research Society) Spring
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 20120514-20120518
• [学会発表] Effect of grain boundaries on the thermal and electron diffusivity of multi-crystalline silicon investigated by a photothermal microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ikari, A. Fukuyama, K. Nishioka, J. P. Roger, and D. Fournier
  • 学会等名: EMRS (European Materials Research Society) Spring
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 20120514-20120518
• [学会発表] Distribution of localized nitrogen atoms in GaAsN thin films grown by a Chemical Beam Epitaxy investigated by a photoreflectance spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsuhiko Fukuyama, Susumu Yamamoto, Akio Suzuki, Makoto Inagaki, Hidetoshi Suzuki, Masafumi Yamaguchi, and Tetsuo Ikari
  • 学会等名: EMRS (European Materials Research Society) Spring
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 20120514-20120518
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.cc.miyazaki-u.ac.jp/mdeee03/pemhome.html