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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。

In this paper, we study the formation of Ge quantum dots (QD) by using Ge (C) medium, the realization of Si1-xCx skew compensation layer, and the establishment of substrate technology for high efficiency Ge QD solar cells. This year is the final year of the two-year plan, and the C medium and Si1-xCx compensation layer are used. 1. QD formation on Si1-xCx layer, QD/Si1-xCx layer interface, C medium above 0.25 atomic layer, QD of 1 layer, QD with different particle size, QD formation on Si1-xCx layer, QD Volmer-Weber growth, isolated growth, etc. The analysis of QD formation mechanism, the introduction of micro-method and low-angle incident micro-method, the increase of lattice unconformity of Ge/Si1-xCx interface and the increase of QD shrinkage effect of C medium due to the compression of Si1-xCx surface are explained. 2. C content =1.5 at.% Si1-xCx distortion compensation is used to reduce the compression force in QD layers, and multiple layers are used to suppress QD hypertrophy. The degree of freedom of the mixed crystal composition is small, and the combination of QD and Si1-xCx is important. As a result, the formation of intermediate Ge QD solar cells, substrate technology and the formation of high efficiency phosphors are expected. In this study, the substrate technology for the formation of Ge QD solar cells by using Ge QD multilayer method with C medium and compensation was established.