ウルツ鉱型構造を有するナローギャップ酸化物半導体の伝導性制御と太陽電池への応用

点击翻译按钮获取中文摘要

1.ドーパントの検討これまでドーパントに用いたBeは発がん性物質であり、実用には向いていない。そこで、Beの代わりに2価の陽イオンMg2+およびZn2+について検討した。β-NaGaO2の原料Na2CO3、Ga2O3および、ドーパント原料MgOまたはZnOを混合し、900℃または1200℃で焼成した。900℃焼成ではMg、Znいずれの場合もβ-NaGaO2とMgO、ZnOの2相となり固溶しなかった。1200℃焼成ではスピネル型のMgGa2O4、ZnGa2O4が生成し、固溶しなかった。高温においてスピネル型構造は非常に安定な構造であり、高温固相反応を経て作製するβ-NaGaO2へキャリア注入する際のドーパントとしてMg2+やZn2+は適さないことが明らかとなった。この結果を受け、今後のβ-NaGaO2への正孔キャリア注入はBe2+に絞って行う。2. β-M’GaO2中の1価陽イオンのイオン伝導度これまでβ-M’GaO2中の1価陽イオンのイオン交換はNa+→Li+、Na+→Cu+、Cu+→Li+の方向へ進行するが、逆の交換反応は全く起こらないことがわかっている。このイオン交換の進行する方向はいかにして決まるのかを調べた。イオン伝導度の大きさはβ-CuGaO2>β-NaGaO2>β-LiGaO2であり、イオン交換の進行方向と合致しなかった。β-CuGaO2は電子伝導性を有するため、正確な測定をするためには電子伝導を遮断する必要がある。結晶内にある酸素を中心にした四面体の結合角M-O-Mの正四面体の結合角からのずれを表す指標指標であるADIに基づくと、ADIの大きさはβ-NaGaO2>β-CuGaO2>β-LiGaO2の順となった。つまり、歪みが小さな構造はエネルギー的により安定であり、β-M’GaO2中の1価の陽イオンのイオン交換は構造的に安定な方向へと進むことが明らかとなった。