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宇宙用次世代太陽電池材料のプロセス探索

下一代太空太阳能电池材料的工艺探索

基本信息

批准号：
21J20526
负责人：
用正大地
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyushu 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 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

次世代の太陽電池材料として、窒化物半導体の混晶であるAlGaInNを利用することで高い変換効率の達成が期待できる。さらにⅢ族窒化物半導体は耐放射線性に優れているため、宇宙利用にも適している。この宇宙用高効率エネルギー変換デバイスを実現するためには、気相成長のプロセスを理論的に解明し、実験において適切に制御する必要がある。本年度は結晶の成長速度が速く、自立基板を製造するのに適しているGaN-THVPE法の成長過程を理解するための理論解析を行った。具体的には第一原理計算を主軸として、有限温度・ガス分圧下で表面エネルギーを計算する手法と、成長表面のエネルギーをバルク基準で計算する手法を組み合わせることで、異なる成長方向の表面の安定性を評価する計算手法を提案し、THVPE法で成長中のGaN結晶表面に適用した。解析の結果、極性面、非極性面、半極性面における最安定な再構成構造の温度・分圧依存性が明らかになった。主としてEC(Electron Counting)則に従う、表面のGaにClが吸着した構造および表面のNにHが吸着した構造が安定であったが、温度の上昇によって理想表面が安定する場合もあった。これは高温ではClやHが気体分子として安定化するためである。また、典型的な実験条件下において上述の最安定構造を有する極性面、非極性面、半極性面のバルク基準の表面エネルギー（絶対表面エネルギー）を比較したところ、(10-10)および(000-1)が安定であることがわかった。さらに絶対表面エネルギーを利用してウルフ構造の決定を行ったところ、低温においては(10-10)と(000-1)が出現するが、高温においては(10-10)、(000-1)に加えて(10-1-1)が出現することがわかった。こうした結果は実験報告とも一致しており、実験結果を理論的に説明することに成功した。

The next generation of solar cell materials, such as AlGaInN, is expected to achieve high conversion efficiency. Group III compound semiconductors are highly resistant to radiation and suitable for use in the universe. The universe uses a high rate of change to achieve the necessary understanding of the theory of phase growth and appropriate control. This year, the growth rate of crystallization and the theoretical analysis of the growth process of GaN-THVPE method were studied. Specifically, the first principle calculation method is applicable to the calculation of surface growth under finite temperature and differential pressure, and the calculation method of growth surface growth criterion is applicable to the evaluation of surface stability in different growth directions. Analysis results, polar plane, nonpolar plane, semipolar plane, the most stable reconfiguration structure temperature and pressure dependence The main reason for this is that when the Electron counter is in place, the Ga Cl adsorption structure on the surface and the N H adsorption structure on the surface are stable, and the temperature rises, the ideal surface is stable. High temperature, high temperature, high Under typical conditions, the most stable structures described above include polar, nonpolar, and semipolar surfaces. Compare these structures to the standard surfaces, such as (10-10) and (000-1). In addition, the use of the surface structure determines whether the temperature is low or high, and whether the temperature is low or high or high. The results are consistent with the theory of success.