原子層ヘテロ構造の光科学と太陽電池応用

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近年、わずか原子数層の極限的な薄さを有する新たな物質系である原子層物質の研究が急速に進展している。本研究では、それら原子層物質に分類される典型的な遷移金属ダイカルコゲナイドのみならず、新奇二次元層状物質であるモノカルコゲナイドなどの幅広い原子層物質を対象に、原子層物質を自在に組み合わせた原子層人工ヘテロ構造を作製し、その光科学の研究を進める。さらに、新たな原子層ヘテロ構造における特異な光学的性質を明らかにするとともに、光検出器、太陽電池応用などの研究を展開することを目的とし研究を進めた。本年度は、二次元層状物質による太陽電池の実現を見据え、p型モノカルコゲナイドGeSeと典型的なn型の遷移金属ダイカルコゲナイドMoS2を積層した、pnヘテロ接合を作製した。このGeSe/MoS2のヘテロ接合の電界効果トランジスタ構造の電流・電圧特性を測定し、非常に明確なダイオード特性を得ることができた。ダイオード特性を表す整流比（順バイアスと逆バイアスでの電流比）は、105を超える非常に高いものであり、優れたダイオード特性を有する事を示している。このデバイスに対して、ソーラーシュミレーターを用いた疑似太陽光を照射し、電流電圧特性を測定し光電変換特性を調べた。その結果、明確な光電変換特性が得られ、太陽電池として動作していることが明らかとなった。その電流電圧特性から、二次元層状物質のシリーズ抵抗が高い事が光電変換効率の値を制限している要因であることがわかり、今後、p型モノカルコゲナイドの高濃度のホールドーピングなどを含むデバイス構造の最適化によって、更なる光電変換特性の向上が期待される。