太陽電池における励起子吸収について

太陽電池のコスト低減には活性層の薄膜化が基本であるが、 薄膜化と高効率化を同時に実現するためには光吸収効率の飛躍的な増大が不可欠である。 この光吸収を高める手段として、本研究は励起子による光吸収を狙う。 一般的な�V-�X族化合物半導体では励起子束縛エネルギーは小さく、 室温で十分な励起子吸収を得ることはできないが、 超格子や量子井戸によって束縛エネルギーの増強が可能である。 そこで活性層にAlGaAs/GaAs超格子構造を有する太陽電池を製作し、 電流電圧特性と分光量子効率の測定を行い、太陽電池における励起子吸収について研究を行っている。


CuGaSe₂ のMBE 成長の初期過程

CuGaSe₂(CGS) は格子定数：a=5.614Å c=11.022Å、バンドギャップ：1.7 eV の カルコパイライト構造を持つ化合物半導体である。 現在このCGSはCuInGaSe₂ 太陽電池の部分組成として使われているが、 CuInGaSe₂ はGa 組成の増加とともに結晶性が劣化する。 CGS はGaAs(a=5.653Å)に格子整合するが、A. Yamada らによって単結晶の育成が困難なことが知られている。 我々は品質の良い結晶を得ることを目的として結晶成長の初期過程の研究を行っている。

In-Plane Gateデバイスにおける電気特性の構造依存性

我々は二次元電子ウエハを用いてin-plane構造デバイスの研究を行っている。 このデバイスは半導体ウエハにトレンチを形成しただけで製作が可能であり、 その動作は主にウエハの平面方向の電界効果によって行われる。 また、その構造とプロセスの簡潔さから、異なる機能を持ったin-plane構造デバイスの高集積化が期待できる。 これまで我々は、in-plane構造デバイスにおいて負性微分抵抗が発現し、 その特性がチャネルの長さ、幅によって変化することを確認してきた。 その過程でチャネルの形状によって電気特性が変化することを確認し、 これはデバイス応用上重要であると考えた。 そこでデバイス構造の変化による特性の変化を解明するため、 チャネル形状の異なるIn-Plane Gate (IPG)型のTransistor構造を製作し、電気特性の変化を調査している。

RF-MBE 法によるMgO(111)基板上へのInN の成長

窒化物半導体InAlGaN は、単一の材料系で赤外から可視、紫外にわたる広範囲の波長領域をカバーし、 発光素子用材料として有用である。また近年では、太陽光スペクトルの広い範囲をカバーする太陽電池用材料としても注目を集めている。 我々はこれまでにRF-MBE 法を用いたMgO(111)基板上へのGaN、AlN 成長の研究を行っており、 平坦性に優れた高品質な結晶の成長が可能であることを示してきた。 そこで長波長領域への拡張を目指し、新たにInN の成長を試みている。