多元系エピタキシャル半導体薄膜を用いた多様な欠陥の評価と制御

使用多组分外延半导体薄膜评估和控制各种缺陷

• 批准号: 21H01833
• 负责人: 反保 衆志
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01833/
• 关键词: 多元系化合物; エピタキシャル成長; 格子欠陥; 半導体; 太陽電池; CZTS

太陽電池の新しい評価手法として、蛍光測定による評価の検討を行った。ベースとなる手法は、Uwe Rauらが発表した、外部輻射効率（ERE）と開放電圧損失（Voc deficit）の関係である。開放電圧損失はVoc deficitは、Voc deficit =ΔVoc,rad + ΔVoc,radとあらわされる（ΔVoc,rad ：電圧の発光損失、ΔVoc,nrad：電圧の非発光損失）。この発光損失分は物性値やバンドギャップで決まり、およそ0.25Vでありほぼ一定である。一方、非発光損失部分は、非発光性の欠陥量で決まる値であり、いわゆる結晶性の高い材料により抑制することができ、以下の関係が成り立つ。Voc,nrad =-(kT/Q)Log(ERE)。さらに、この関係は広く発表されている太陽電池で成立することが山口教授らにより報告された。このEREについては、内部発光効率と近似でき、発光寿命によりERE ~ τ(r)/ {τ(r)+ τ(nr)}~ τ(nr)/ τ(r)となる（τ(r)：発光性キャリア寿命、τ(nr) ：非発光性キャリア寿命）。τ(r)は材料による定数であるので、EREはτ(nr)により評価することができる。ただし、τ(nr)は蛍光寿命により通常評価される特殊な装置（時間分解PL）を要する。そこで、さらに一般的な評価手法である通常のPLによる評価を試みた。理論的には、均一に照射された場合において、発光の時間軸での積分および空間軸での積分をすることにより、発光強度は発光寿命に比例することを示した。この比例関係については、弱励起および強励起での発光のいずれも適用できることをさらに示した。また、この関係を利用して、CZTS太陽電池の開放電圧と発光特性の関係について調査を行い、Voc,nradとlog(PL intensity)に比例関係があることを明らかにした。

我们研究了荧光测量作为太阳能电池的新评估方法。基本方法是Uwe Rau等人发表的外辐射效率（ERE）与开路电压损耗（Voc赤字）之间的关系。开路电压损失Voc不足表示为Voc不足=ΔVoc,rad+ΔVoc,rad（ΔVoc,rad：发光电压损失，ΔVoc,nrad：非发光电压损失）。该发射损耗由物理特性和带隙决定，并且大约恒定在约 0.25V。另一方面，不发光损失部分是由不发光缺陷的量决定的值，并且可以通过所谓的高结晶性材料来抑制，并且以下关系成立。 Voc,nrad =-(kT/Q)Log(ERE)。此外，Yamaguchi 教授等人报道称，这种关系也适用于太阳能电池，这一点已被广泛报道。该 ERE 可以近似为内部发光效率，并且根据发光寿命，ERE ~ τ(r)/ {τ(r)+ τ(nr)}~ τ(nr)/ τ(r) (τ(r) ) : 发光载流子寿命，τ(nr) : 非发光载流子寿命)。由于 τ(r) 是取决于材料的常数，因此可以使用 τ(nr) 来评估 ERE。然而，τ(nr)需要特殊设备（时间分辨PL），通常通过荧光寿命来评估。因此，我们尝试使用正常PL进行评估，这是一种更通用的评估方法。理论上，在均匀照射的情况下，通过沿时间轴和空间轴对发光进行积分，表明发光强度与发光寿命成正比。进一步表明，这种比例关系适用于弱激发和强激发下的光发射。此外，利用这一关系，我们研究了CZTS太阳能电池的开路电压与发光特性之间的关系，发现Voc、nrad与log（PL强度）之间存在比例关系。

项目成果

Pressure-Induced Transition from Wurtzite and Epitaxial Stabilization for Thin Films of Rocksalt MgSnN2

• DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c03671
• 发表时间: 2023-03
• 期刊: Chemistry of Materials
• 影响因子: 8.6
• 作者: Kaede Makiuchi;F. Kawamura;J. Jia;Yelim Song;Shunichiro Yata;H. Tampo;H. Murata;N. Yamada

CZTS太陽電池の発光強度によるポテンシャル評価

基于CZTS太阳能电池发射强度的潜力评估

• 发表时间: 2022
• 作者: 井手 優弥;寺田 教男;永井 武彦;反保 衆志
• 通讯作者: 反保 衆志