光熱変換技術を用いた結晶成長方向に組成の異なる半導体薄膜の光吸収スペクトル測定

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25390082
• 研究機関: 宮崎大学
• 研究代表者: 碇 哲雄 宮崎大学, 工学部, 研究員 (70113214)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: カルコパイライト太陽電池 / 組成変調構造 / 光熱変換分光法 / フォトルミネセンス

研究実績の概要

カルコパイライト型CuInGaSe2太陽電池は、内部の薄膜組成を意図的に変化させることでバンドギャップを膜厚方向に変化させ高い光電変換効率を実現しているため、膜厚方向のバンドギャップの変化を詳しく認識しておくことが不可欠である。本研究課題では、三段階逐次蒸着法を用いてMo/SLG上に膜を作成し、更に表面にCdSまたはZnSバッファー層を形成した構造の異なる試料に対してPPT（Piezoelectric photothermal）及びPL（Photoluminescence）信号の測定・解析を行った。その結果、PPTについては、Mo不透明膜上のこれまで測定が出来なかった試料構造に対して初めて光吸収スペクトルを極めて微弱な信号ではあるが測定することが出来た。そのなかで観測された室温付近にのみ現れる異常に大きなエネルギーギャップの減少は、バッファー層やCIGS 膜の深さ方向組成依存性だけでは説明出来ず、バッファー層からの原子の拡散による組成変動に加えて不純物準位のキャリア占有率の変化を取り入れた定性的モデルで説明できる事が分かった。またこのモデルはPLの結果も良く説明できた。
理論的側面からの解析については、バッファー層の影響などにより試料表面での組成依存性が予想以上に強く、逆問題を用いて解析するような複雑なモデルをたてるに至らなかった。そこで、これまで分かっていなかった、組成依存性がPPT信号に与える影響を見るため、簡易モデルと考えられる多層構造太陽電池を用いて深さ方向のPPT信号を測定し、その結果を圧電素子光音響分光法の理論解析結果と比較した。そして実験で得られたPPT信号強度スペクトルとその周波数依存性が説明できた。
以上の結果から、構造的に組成依存性の強い半導体薄膜の物性評価にPPT測定法が有用であることが示すことが出来た。

研究成果

• [雑誌論文] Control of hydrogen and carbon impurity inclusion during the growth of GaAsN thin film by atomic layer epitaxy (2016)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama, Y. Fukuyama, A., Haraguchi, T., Yamauchi, T., Ikari, T., and Suzuki, H.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 55 ページ: 01AC06
  • DOI: 10.7567/JJAP.55.01AC06
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of preheating time on uniformity of electrodeposited Cu2ZnSnS4 thin films studied by carrier lifetime and photoluminescence measurements (2015)
  • 著者名/発表者名: Hamada, T., Fukuyama, A., Jiang, F., Ikeda, S., and Ikari, T
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (C) 巻: 12 ページ: 725-728
  • DOI: 10.1002/pssc.201400283
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoluminescence of Valence-Changed Samarium Ions in Sintered BaSO4 Induced by X-ray Radiation (2015)
  • 著者名/発表者名: Maeda, K., Kumeda, T., Arimura, K., Sakai, K., and Ikari, T.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 619 ページ: 012040
  • DOI: 10.1088/1742-6596/619/1/012040
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray Induced Luminescence Spectroscopy of Samarium Doped Barium Sulfate Prepared by Sintering Method (2015)
  • 著者名/発表者名: Kumeda, T., Maeda, K., Shirano, Y., Fujiwara, K., Sakai, K., and Ikari, T.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 619 ページ: 012038
  • DOI: 10.1088/1742-6596/619/1/012038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zinc-blende and wurtzite phase separation in catalyst-free molecular beam epitaxy vapor-liquid-solid-grown Si-doped GaAs nanowires on a Si(111) substrate induced by Si doping (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, A., Fukuyama, A., Suzuki, H., Sakai, K., Paek, J.-H., Yamaguchi, M., and Ikari, T.
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 54 ページ: 035001
  • DOI: 10.7567/JJAP.54.035001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of number of stack on the thermal escape and non-radiative and radiative recombination of photoexcited carriers in strain-balanced InGaAs/GaAsP multiple quantum-well-inserted solar cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Aihara, T., Fukuyama, A., Suzuki, H., Fujii, H., Sugiyama, M., Nakano, Y., and Ikari, T.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 117 ページ: 084307
  • DOI: 10.1063/1.4913593
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Formation of Wurtzite Phase by Si Doping and its Effect on the Optical Properties of GaAs Nanowires grown on Si Substrates by a Catalyst-free MBE-VLS Technique (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Nakano, K. Sugihara, D. Ohori, K. Sakai, H. Amano, Y. Honda, T. Ikari, and A. Fukuyama,
  • 学会等名: AVS 62nd International Symposium
  • 発表場所: San Jose, CA
  • 年月日: 2015-10-18 – 2015-10-23
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of Internal Electric Field on the Miniband (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Nakamura, K. Matsuochi, T. Murakami, H. Suzuki, K. Toprasertpong, M. Sugiyama, Y. Nakano, T. Ikari, and A. Fukuyama
  • 学会等名: AVS 62nd International Symposium
  • 発表場所: San Jose, CA
  • 年月日: 2015-10-18 – 2015-10-23
  • 国際学会
• [学会発表] Light emission from GaAs/AlGaAs nanopillars fabricated by neutral beam etching and bio-template (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Ohori, A. Suzuki, C. Thomas, A. Higo, S. Samukawa, A. Fukuyama, and T. Ikari
  • 学会等名: EMRS Spring Meeting
  • 発表場所: Lille, France
  • 年月日: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • 国際学会
• [学会発表] Photoluminescence study of quantum levels in GaAs/AlGaAs quantum nanodisks fabricated by bio-template and neutral beam etching (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Fukuyama, D, Ohori, A. Suzuki, C. Thomas, A. Higo, S. Samukawa, and T. Ikari
  • 学会等名: EMRS Spring Meeting
  • 発表場所: Lille, France
  • 年月日: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of iodine treatment on residual Na contents and induced crystal strains in guest-free Si clathrate thin films (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Takeshita, K. Sakai, T. Haraguchi, H. Suzuki, F. Ohashi, T. Kume, A. Fukuyama, S. Nonomura, and T. Ikari
  • 学会等名: EMRS Spring Meeting
  • 発表場所: Lille, France
  • 年月日: 2015-05-11 – 2015-05-15
  • 国際学会
• [図書] 4.薄膜シリコン系太陽電池の最新技術 (普及版) (2015)
  • 著者名/発表者名: 碇 哲雄、福山敦彦
  • 総ページ数: 271
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考] 研究者ホームページ
  • URL: http://www.cc.miyazaki-u.ac.jp/mdeee03/ikari/IK_main01.htm