材料をナノレベルで理解・制御し、創エネ材料開発へ –結晶育成からデバイス設計まで–

従来の冶金熱力学の学理・知見を半導体を含む先端材料に応用し,環境調和型の新規材料を探索するとともに, 新規デバイス構造の構築を通じて,材料科学の立場からエネルギー・環境問題の解決に取り組みます。

創エネデバイスにおける界面構造の理解と制御

太陽電池などの創エネデバイスには,様々なヘテロ(異相)界面が存在します。デバイスの高性能化のためには, それを構成している各種材料の物性制御に加えて,材料間の界面における構造・特性の最適化が必要です。 たとえば太陽電池デバイスにおいては, pn接合を構成する2つの材料(光吸収層材料とバッファ層材料) の界面における伝導帯下端の準位が適切に接続されるような材料を選択する必要があります。 当グループでは,光電子分光法などの手法を用いてこれらの準位関係を明かにし,デバイス設計指針を明確にします。また、電極となる金属と光吸収層材料との界面も重要です。 この界面においてはオーミック接合となるように設計する必要があります。適切な材料を選択することに加えて,熱力学に基づいて界面における反応を解析し, デバイスの高性能化に繋げていきます。
[J Mater. Chem. C, (2017); ACS Appl. Mater. Inter., (2017)]


左図は,Zn3P2と Al, もしくは Ag との接合における電流-電圧特性の評価結果です。Al と Ag とでは仕事関数はほぼ同じですが,両者の電流-電圧特性の挙動は異なっています。 これは,Al では中間層として化合物半導体が形成されるのに対し,Ag では形成されないことに起因しています。

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