低環境負荷金属酸化物を用いた中間バンド半導体薄膜の開発と光電特性

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23656212
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 森本 章治 金沢大学, 電子情報学系, 教授 (60143880)
• 研究分担者: 川江 健 金沢大学, 電子情報学系, 准教授 (30401897)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: 酸化鉄薄膜 / Bi系酸化鉄薄膜 / ショットキー接合 / 強誘電性分極誘起光起電力素子 / パルスレーザ堆積PLD

研究概要

母体材料として不純物を添加しない酸化鉄(α-Fe2O3)薄膜及びBi系酸化鉄強誘電体薄膜(BiFeO3)を選択し、パルスレーザ堆積(PLD)法により太陽電池構造を作製した。その結果、α-Fe2O3 薄膜ショットキー太陽電池で明瞭な光起電力特性を確認すると共にα-Fe2O3へのTiやCu添加に対するドーピング効果があることを確認した。さらにNd添加BiFeO3薄膜太陽電池で強誘電性分極誘起光起電力効果を確認し、透明酸化物電極の利用による変換効率の大幅な改善に成功し、この新規光起電力効果が反電界効果に由来することを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication and characterization of MFIS capacitor structure with ferroelectric (Bi,Pr)(Fe,Mn)O3 thin films (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kawae, Y. Seto, and A. Morimoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 ページ: 04CH03
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of (Bi,Pr)(Fe,Mn)O3 thin films on poly-crystalline diamond substrate by chemical solution deposition and their properties (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kawae, M. Kawasaki, T. Nakajima, N. Tokuda, S. Okamura, A. Morimoto, and Y Takano
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 ページ: 09LA08
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.51.09LA08
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization-induced photovoltaic effects in Nd-doped BiFeO3 ferroelectric thin films (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ukai, S. Yamazaki, T. Kawae, and A. Morimoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 ページ: 09LE10
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.51.09LE10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Variation of ferroelectric properties in (Bi,Pr)(Fe,Mn)O3/SrRuO3-Pt/CoFe2O4 layered film structure by applying DC magnetic field (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Liu, T. Kawae, H. Naganuma,Y. Tsukada, T. Nakjima, S. Okamura, and A. Morimoto
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 111 ページ: 124103
  • DOI: DOI:10.1063/1.4730334
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge Trapping Characteristics of Al2O3/Al-rich Al2O3/SiO2Stacked Films Fabricated by Radio-Frequency Magnetron Co-Sputtering (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Nakata, R. Maeda, T. Kawae, A. Morimoto, and T. Shimizu
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 520 ページ: 1091
  • DOI: DOI:10.1016/j.tsf.2011.08.011
• [雑誌論文] Influence of SrRuO3 bottom electrode thickness on electric properties of (Bi,Pr)(Fe,Mn)O3 Ultra-thin film capacitor (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kawae, Y. Tsukada, Y. Terauchi, T. Nakajima, Y. Nomura, S. Okamura, and A. Morimoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 ページ: 09NA09
  • DOI: DOI:10.1143/JJAP.50.09NA09
• [雑誌論文] Hysteresis loops of polarization and magnetization in BiNd0.05Fe0.97Mn0.03O3/Pt/CoFe2O4 layered epitaxial thin film grown by pulsed laser deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kawae, J. Hu, H. Naganuma, T. Nakajima, Y. Terauchi, S. Okamura, and A. Morimoto
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 519 ページ: 7727
  • DOI: DOI:10.1016/j.tsf.2011.05.067
• [雑誌論文] Growth of preferentially-oriented AlN films on amorphous substrate by pulsed laser deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: Z.P. Wang, A. Morimoto, T. Kawae, H. Itoa, and K. Masugata
  • 雑誌名: Physics Letters A 巻: 375 ページ: 3007
  • DOI: DOI:10.1016/j.physleta.2011.06.043
• [雑誌論文] Structure and Electrical Properties of (Pr, Mn)-codoped BiFeO3/B-doped Diamond Layered Structure (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kawae, Y. Hori, T. Nakajima, H. Kawasaki, N. Tokuda, S. Okamura, Y. Takano, and A. Morimoto
  • 雑誌名: Electrochemical and Solid-State Letters 巻: 14 ページ: G31
  • DOI: DOI:10.1149/1.3568838
• [学会発表] Nd置換BiFeO3 強誘電体薄膜における光起電力Fig.8 J-V curves with the reverse sweep under illumination in the BFO (black dashed-dotted curve) and BNF (red broken curve) cells with Au top electrodes. Jmax and Vmax represent the current density and the voltage with the maximum output |Jmax×Vmax|, respectively.Fig.9 Influence of the top electrode. J-Vcurves of the cells with Au (black broken curve) and ITO (red solid curve) top electrodes. 特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山崎修平、川江 健、森本章治
  • 学会等名: 第60回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] α-Fe2O3薄膜の光起電力特性とそのドーピング効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山岸謙太、久々湊聡、川江 健、森本章治
  • 学会等名: 第60回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] Ru電極を用いたa-Fe2O3薄膜の作製と光起電力効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 久々湊聡、山岸謙太、川江 健、森本章治
  • 学会等名: 平成24年度 応用物理学会北陸・信越支部学術講演会
  • 発表場所: 富山市
  • 年月日: 2012-11-16
• [学会発表] Nd置換BiFeO3強誘電体薄膜における分極誘起光起電力効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鵜飼洋平、山崎修平、川江 健、森本章治、
  • 学会等名: 第29回強誘電体応用会議
  • 発表場所: コープイン京都
  • 年月日: 2012-05-25
• [学会発表] Nd置換BiFeO3強誘電体薄膜における分極誘起光起電力効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山崎修平、鵜飼洋平、川江 健、森本章治、
  • 学会等名: 第59回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-17
• [図書] 薄膜工学(第2版) (2011)
  • 著者名/発表者名: 森本章治、他執筆者20名 日本学術振興会 薄膜第131委員会(金原粲、吉田貞史、近藤高志)編
  • 総ページ数: 50-63
  • 出版者: 丸善(東京)
• [備考]
  • URL: http://materia2.w3.kanazawa-u.ac.jp/