超ナノ微結晶ダイヤモンド／アモルファスカーボンによる新規太陽電池の創製

使用超纳米微晶金刚石/非晶碳创建新型太阳能电池

• 批准号: 13J07294
• 负责人: 片宗 優貴
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology (2015)Kyushu University (2013-2014)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J07294/
• 关键词: 超ナノ微結晶ダイヤモンド; ヘテロ接合; p型半導体; ホウ素ドーピング; ホッピング伝導; 電子スピン共鳴; 受光素子; ヘテロ接合ダイオード; 水素化

平成27年度の研究では，ホウ素ドープ超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相(UNCD/a-C:H)膜のキャリア伝導メカニズムの解明に取り組んだ．UNCD/a-C:H膜のキャリア伝導について，主成分である炭素(C)，ドーパントのホウ素(B)，終端原子の水素(H)，構造欠陥のダングリングボンドに注目して，考察を行った．アンドープ膜において，炭素由来のダングリングボンドの存在を示すESR信号が検出され，ダングリングボンドを含んでいることが確認できた．標準試料Mn2+を基準にして，アンドープ膜の欠陥密度は~10+22 cm-3と見積もられた．この欠陥密度は，一般的なa-Cと同程度である．アンドープ膜でのキャリア伝導は，a-Cと同様にダングリングボンド欠陥由来の局在準位を介したHopping伝導が支配的であると推察される．ダングリングボンドとドーピングの関係について，窒素ドープ膜では，ESR信号は検出されたものの高い電気伝導度のため信号強度が低く，定量は困難であった．その一方で，ホウ素ドープ量の増加に伴ったESR信号強度の低下が見られた．このホウ素ドープ膜で見られたESR信号強度の低下は，ESR活性なダングリングボンド数の減少を意味しており，この原因として，(1) 欠陥密度の減少，(2) 電子密度の増減に伴うFermi準位位置のシフトによる欠陥の帯電状態の変化が考えられる．前者はホウ素の炭素ダングリングボンド終端によるダングリングボンド数の減少，後者はp型化に伴う欠陥の帯電状態の変化によるESR不活性化に由来するものと推察される．以上の結果から，ホウ素ドープUNCD/a-C:H膜のキャリア伝導は，欠陥準位を介したものではなく，ホウ素により形成される局在準位を介したHopping伝導が支配的であると結論付けられる．UNCD/a-C:H膜中に取り込まれるホウ素原子の配置は，a) 炭素ダングリングボンド終端，b) 炭素原子を終端している水素との置換の2つが考えられることが明らかになった．

在2015年的研究中，我们致力于阐明硼龙掺杂的Ultranano-Microcrystalline钻石/氢化的无定形碳混合相（UNCD/A-C：H）膜的载体传导机制。我们通过关注主要成分碳（C），硼（B），末端原子的氢（H）以及结构缺陷的悬挂键来研究UNCD/A-C：H膜中的载体传导。在不圆胶片中，检测到存在碳衍生的悬挂键的ESR信号，证实包含悬挂的键。基于标准样品MN2+，估计未掺杂膜的缺陷密度为〜10+22 cm-3。该缺陷密度与A-C的密度相同。据估计，通过悬挂键缺陷衍生出的局部水平，未掺杂膜中的载体传导与A-C相似。关于悬空键和掺杂之间的关系，尽管在氮掺杂膜中检测到ESR信号，但由于高电导率而导致信号强度较低，因此难以定量测定。另一方面，由于硼掺杂量增加，ESR信号强度降低。该硼掺杂膜中ESR信号强度的降低意味着ESR活性悬挂键的数量减少，这可能是由于（1）缺陷密度降低以及（2）由于电子密度增加或降低FERMI水平而导致缺陷状态的变化。据估计，前者是由于碳悬挂键的终止，悬挂键的数量减少，而后者是由于与P型转化相关的缺陷的充电状态而导致的ESR灭活造成的。从以上结果可以得出结论，掺杂硼的UNCD/A-C：H膜中的载体传导是主导的，不是通过缺陷水平，而是通过硼龙形成的局部水平跳传导。据揭示，将硼原子的排列掺入UNCD/A-C：H膜中可以是a）碳悬挂键终止，b）用氢替代碳原子，该碳原子终止了碳原子。

项目成果

硬X線光電子分光法による超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相膜の化学結合構造および電子状態の評価

硬X射线光电子能谱评价超纳米微晶金刚石/氢化非晶碳混合相膜的化学键结构和电子态

• 发表时间: 2015
• 作者: S. Ohmagari;T. Hanada;Y. Katamune S. Al-Riyami;and T. Yoshitake;片宗優貴，楢木野宏，花田賢志，冨永亜希，吉武剛;Yūki Katamune and Tsuyoshi Yeshitake;片宗 優貴
• 通讯作者: 片宗 優貴

Effects of Hydrogenation on Electrical Properties and Chemical Bonding Structure of Boron-doped Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Films

加氢对掺硼超纳米晶金刚石/氢化非晶碳复合薄膜电性能和化学键结构的影响

• 发表时间: 2014
• 作者: Y. Katamune;S. Ohmagari;and T. Yoshitake
• 通讯作者: and T. Yoshitake

Optical and Electrical Properties of Boron-doped Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Films Prepared by Coaxial Arc Plasma Deposition

同轴电弧等离子体沉积掺硼超纳米晶金刚石/氢化非晶碳复合薄膜的光电性能

• 发表时间: 2013
• 期刊: Proceedings of The 15th Cross Straits Symposium on Materials, Energy and Environment Science and Technology
• 作者: S. Y. Oh;T. Kikuchi;Z. P. Li;T. Mori;G. Kawamura;H. Muto;and A. Matsuda;Yuki Katamune and Tsuyoshi Yoshitake
• 通讯作者: Yuki Katamune and Tsuyoshi Yoshitake

同軸型アークプラズマ堆積法による超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相膜の合成

同轴电弧等离子体沉积法合成超纳米微晶金刚石/氢化非晶碳混合相薄膜

• 发表时间: 2015
• 期刊: NEW DIAMOND
• 作者: S. Ohmagari;T. Hanada;Y. Katamune S. Al-Riyami;and T. Yoshitake;片宗優貴，楢木野宏，花田賢志，冨永亜希，吉武剛
• 通讯作者: 片宗優貴，楢木野宏，花田賢志，冨永亜希，吉武剛

Near-Edge X-ray Absorption Fine-Structure Study on Hydrogenated Boron-Doped Ultrananocrystalline Diamond/Amorphous Carbon Composite Films Prepared by Coaxial Arc Plasma Deposition

同轴电弧等离子体沉积氢化硼超纳米晶金刚石/非晶碳复合薄膜的近边X射线吸收精细结构研究

• 发表时间: 2015
• 期刊: Trans. Mat. Res. Soc. Jpn
• 作者: Yuki Katamune;Satoshi Takeichi;Shinya Ohmagari;Hiroyuki Setoyama;and Tsuyoshi Yoshitake
• 通讯作者: and Tsuyoshi Yoshitake