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太陽電池応用のための強誘電体の構造・物性制御

太阳能电池应用铁电材料的结构和性能控制

基本信息

批准号：
14J04693
负责人：
松尾拓紀
金额：
$ 2.05万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度はまず，BiFeO3(BFO)エピタキシャル薄膜における，バルク光起電力（BPV）効果とドメイン壁光起電力（DW-PV）効果の定量評価に着手した．製膜はPLD法により行ない，異なる方位に微傾斜を有するSrTiO3 (STO)(001)単結晶基板を用いることで，シングルドメイン（SD）とマルチドメイン（MD）構造のBFO薄膜を作製した．光照射下電流密度－電圧特性評価の結果，光子エネルギーhν = 3.1 eVにおいて，BFO(SD)は短絡電流密度Jsc = 17 μA/cm2，開放電圧Voc = 4.2 Vを示したのに対し，BFO(MD)はJsc = 180 μA/cm2，開放電圧Voc=7.7 Vを発現し，マルチドメイン化によって光応答が増大することが示された．さらに，Jscの偏光依存性を定量的に解析した結果，MD試料の光応答はBPV効果から予想される光応答を大きく上回ることが明らかになった．以上のように本研究では，BFOのドメイン壁においてBPVを凌駕する光起電力が発現することを定量的に実証した．さらに，MnドーピングによるBFOの可視光下光起電力効果の増強に取り組んだ．Mn 5 %-doped BFO(SD)薄膜とBFO(SD)薄膜の光起電力特性の波長依存性を調査し，hνがバンドギャップ幅（Eg）よりも小さい長波長における光応答が，Mnドープによって大幅に増強されることを明らかにした．実験および密度汎関数理論計算結果から，Mnドーピングによりバンドギャップ内に欠陥準位が形成され，この準位を介したキャリア励起が，hν < Eg における光起電力増強の起源であることを明らかにした．本研究により，ドメイン構造制御およびバンド構造制御に基づいた，可視光下における強誘電体PV効果増強に向けた材料設計指針が示された．

This year, quantitative evaluation of BiFeO3 (BFO) photovoltaics (BPV) effect and wall photovoltaics (DW-PV) effect was started. In the PLD method, SrTiO3 (STO)(001) single crystal substrates are used for manufacturing BFO thin films with different orientations and micro-tilts. The current density-voltage characteristic under light irradiation was evaluated. The photon emission density was 3.1 eV. The BFO(SD) was short circuit current density Jsc = 17 μA/cm2. The opening voltage Voc = 4.2 V. The BFO(MD) was short circuit current density Jsc = 180 μA/cm2. The opening voltage Voc=7.7 V. The BFO(SD) was short circuit current density Jsc = 17 μA/cm2. In addition, the polarization dependence of Jsc is quantitatively analyzed. The results show that the optical response of MD sample is different from that of BPV. In this study, the BFO and BPV were quantitatively demonstrated to be superior to each other. The wavelength dependence of the photoelectromotive force characteristics of Mn 5%-doped BFO(SD) thin films and BFO (SD) thin films was investigated. The wavelength dependence of Mn 5%-doped BFO (SD) thin films was investigated. The theoretical calculation results of density function are as follows: Mn < Eg < Eg < This study shows that the structure of the material is very strong under visible light.