極薄フラックスを利用したカルコパイライト型リン化物薄膜のＭＢＥ成長

使用超薄助熔剂MBE生长黄铜矿型磷化物薄膜

基本信息

批准号：
21J12760
负责人：
桑野太郎
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J12760/
关键词：
化合物半導体太陽電池分子線エピタキシーラマン分光

项目摘要

本課題で対象にしたカルコパイライト型無機リン化物半導体ZnSnP2のバンドギャップは、カチオン副格子上のZn/Snアンチサイト欠陥濃度の低下によって、計算では0.7から1.7 eV, 実験的には1.2から1.6 eVまで変化することが報告されている。従って、薄膜太陽電池への応用に向けては、この欠陥の濃度制御が可能な成膜方法が必要である。溶液成長法でバルク結晶を育成する際には、冷却速度によってZn/Snアンチサイト欠陥濃度が制御される。これを分子線エピタキシー（MBE）に応用し、極薄のSn液相からZnSnP2薄膜を析出させられないかと考えたのが、本課題の端緒である。本年度にはMBEにおける成膜温度の影響を調査した。その結果、成膜温度231～317℃の範囲において、Zn/Sn組成比が化学両論比と異なり、Zn/Snアンチサイト欠陥濃度が著しく高いZnSnP2が得られることが分かった。本研究ではまた、粉末試料についてZn/Sn欠陥濃度とラマンスペクトルの相関を調査した。その結果、この欠陥が減少することで、ZnSnP2の特定の振動モードによるラマン散乱の強度が顕著に増大することが分かった。このとき、Zn/Snアンチサイト欠陥濃度、すなわち長範囲規則度とラマン散乱強度との相関が、リンの平均原子位置を媒介として説明されることも明らかとなった。Zn/Snアンチサイト欠陥濃度は従来、X線回折によって評価されてきたが、本研究からラマン分光法による評価も可能であることが提示された。

由于阳离子亚晶格上 Zn/Sn 反位缺陷浓度的降低，本项目目标黄铜矿型无机磷化物半导体 ZnSnP2 的带隙计算为 0.7 至 1.7 eV，实验为 1.2 至 1.6 eV。据报道已经做出了改变。因此，为了应用于薄膜太阳能电池，需要一种能够控制这些缺陷浓度的成膜方法。当通过溶液生长来生长块状晶体时，Zn/Sn反位缺陷浓度由冷却速率控制。将其应用于分子束外延（MBE）以从超薄 Sn 液相沉积 ZnSnP2 薄膜的想法是该项目的起源。今年，我们研究了成膜温度对MBE的影响。结果发现，在231℃至317℃的成膜温度范围内，获得了Zn/Sn组成比不同于化学计量比且Zn/Sn反位缺陷浓度非常高的ZnSnP 2 。在本研究中，我们还研究了粉末样品的 Zn/Sn 缺陷浓度与拉曼光谱之间的相关性。结果发现，通过减少这些缺陷，ZnSnP2的特定振动模式引起的拉曼散射强度显着增加。此时，还揭示了可以使用磷的平均原子位置来解释Zn/Sn反位缺陷浓度、即长程规律性与拉曼散射强度之间的相关性。 Zn/Sn 反位缺陷浓度通常通过 X 射线衍射进行评估，但本研究表明也可以通过拉曼光谱进行评估。