中間バンド型Ｇｅ量子ドット太陽電池の実現に向けた量子ドットの形成・積層

量子点的形成和堆叠以实现中带Ge量子点太阳能电池

基本信息

批准号：
16J01701
负责人：
伊藤友樹
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、カーボン(C)媒介を利用したGe量子ドット(QD)の形成と、Si1-xCx歪補償層導入による歪フリー積層を実現し、高効率中間バンド型Ge QD太陽電池形成の基盤技術を確立する。本年度は2年計画の最終年度として、C媒介とSi1-xCx歪補償層を利用した歪フリーGe QD積層について検討した。1.Si1-xCxスペーサ上のQD形成において、QD/Si1-xCxスペーサ界面に0.25原子層以上のCを媒介することで、1層目のQDとほぼ同じ粒径のQDをSi1-xCxスペーサ上に形成できることを見出し、QDがVolmer-Weberモードで成長した孤立ドットであることを明らかにした。また、QD形成機構の解析に、ケルビンプローブ顕微法と低角入射インプレーンX線回折法を導入し、Si1-xCxスペーサ表面の圧縮歪によるGe/Si1-xCx界面の格子不整合の増大により、C媒介によるQD縮小効果が増大することを解明した。2.積層構造の形成において、C含有量=1.5 at.%のSi1-xCx歪補償スペーサを利用して、QD/スペーサの積層ペア毎にQD内の圧縮応力を緩和することによって、多重積層により生じるQDの肥大化を抑制し、歪フリーで多重積層できることを実証した。これらは、混晶組成の自由度が小さいIV族系半導体において、QDとSi1-xCxスペーサを組合せて歪制御することによって、III-VもしくはII-VI族系半導体と同様に、QDを必要に応じて積層できることを示した重要な成果である。これらの結果は、中間バンド型Ge QD太陽電池を形成するための基盤技術だけなく、高効率発光素子の形成にも応用が期待できる。本研究で確立したC媒介と歪補償に基づくGe QD積層法は、中間バンド型Ge QD太陽電池形成の基盤技術であり、今後、これらの知見が十二分に活かせると考えている。

在这项研究中，我们将通过引入SI1-XCX应变补偿层来实现GE量子点（QD）的形成，并通过引入无应变的堆叠形成，建立了基本技术，以形成高效中等中间体带GE QD太阳能电池。今年，作为两年计划的最后一年，我们使用C介导的和SI1-XCX应变补偿层讨论了无应变的GE QD堆叠。 1。我们发现，在SI1-XCX间隔仪上的QD形成中，通过在QD/SI1-XCX间隔界面上介导0.25个原子层或更多的cD，与第一层中QD几乎相同的粒度的QD可以在SI1-XCX-xcx间距和模式下均可形成QD，并在si1-xcx-spacer和subled subled the s ny Modeed worsed worsed worser vers grows grows。此外，引入了开尔文探针显微镜和低角度的发病率来分析QD形成机制，并发现由于SI1-XCX间距表面上的压缩应变而导致的GE/SI1-XCX界面上的晶格不匹配增加增加了C-MIDED QD的效应。 2。在形成层压结构时，我们已经证明，通过使用C含量为1.5 at的C含量为1.5％的SI1-XCX应变补偿垫片，对于每条堆叠的QD/垫片QD的压缩应力，可以抑制由多堆叠而引起的QD的膨胀，并且可以在没有应变的情况下实现多个堆叠。这些重要的结果表明，在混合晶体组成中具有较小自由度的第四组半导体中，可以根据需要堆叠QD，就像IIII-V或II-VI半导体一样，通过将QD与SI1-XCX间隔组相结合。这些结果不仅可以应用于形成中间带类型GE QD太阳能电池的基本技术，还可以应用于高效发光设备的形成。基于C介导和应变补偿的GE QD堆叠方法是形成中间带GE QD太阳能电池的基础技术，并且我们认为这些发现将来将在未来得到充分利用。