テラヘルツ分光による太陽電池デバイス内部における光励起キャリアダイナミクスの解明

使用太赫兹光谱阐明太阳能电池器件内的光激发载流子动力学

• 批准号: 16J05700
• 负责人: 山下 元気
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Osaka 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J05700/
• 关键词: テラヘルツ分光; 時間分解分光; 太陽電池; 光励起キャリア

今年度は、時間分解テラヘルツ反射分光を用いたGaAs太陽電池デバイス中の光励起キャリアの高感度検出技術を開発し、その成果を国際会議および学術雑誌において発表した。一般に、太陽電池は10 17-10 18 cm -3程度のキャリアが化学ドープされた半導体の積層構造からなる。低周波数領域は自由キャリアのプラズマ反射により不透明になってしまうため、反射配置の広帯域テラヘルツ分光の応用に取り組んだ。まず、分子線ビームエピタキシー法により厚みおよびキャリアの化学ドープ量を精密に制御して作成されたp型およびn型のGaAs薄膜に対して系統的に反射測定を行った。誘電体多層膜モデルを用いた反射スペクトルの数値計算手法を確立し、実験で得られた反射スペクトルと比較することで薄膜中のキャリア密度、散乱時間を定量的に決定できることを確かめた。p-i-n構造を含むGaAs太陽電池デバイスにおいても数値計算による反射スペクトルが再現可能であることを実証し、テラヘルツ反射分光によるキャリア数の定量評価の信頼性を確立した。さらに、太陽電池デバイスにおいては試料表面を反射したテラヘルツ波とデバイス内部に侵入し再放射されたテラヘルツ波とが干渉することで、p-i-n積層構造に由来した干渉縞がテラヘルツ周波数帯に現れることを明らかにした。試料内部に侵入したテラヘルツ波の空間分布を計算すると、デバイス表面から活性領域近傍に電場分布が集中し、デバイス中に光励起されたキャリアの空間分布に対して敏感な応答をすることが予想された。太陽電池を光励起した際の干渉縞の中心周波数シフトを系統的に調べることで、デバイスに化学ドープされたキャリア密度よりも1桁小さな光励起キャリアであっても絶対値測定ができることを明らかにした。以上から、テラヘルツ分光が太陽電池デバイスの活性領域近傍の光励起キャリアの高感度検出に応用できることを示した。

This year, time decomposition and reflection spectroscopy will be used to improve the performance of high-sensitivity optical technology in the GaAs solar cell. The results of the international conference on science and technology will be reviewed. In general and Taiyuan, 10 17-10 18 cm-3 levels, chemical compounds, chemical compounds, hemispheres and hemispheres are actively produced. In the field of low cycle wavenumber, the system is not transparent, and the reflection configuration is similar to that of the optical spectrometer. The method of measuring the reflectance of the GaAs thin film system is based on the accuracy of the precision system of chemical measurement. By using the method of calculating the number of reflectors, we can determine the density and dispersion time of the thin films in the thin films. P-i-n is used to calculate the number of temperature waves in the gas storage cell. It is possible to determine the number of cycles in the reflection spectrometer. The electrical and mechanical properties of the battery, such as the reflection on the surface of the material, the reflection on the surface, the wave on the surface, the wave on the surface. The temperature field is concentrated in the field of thermal activity, the temperature field is concentrated, the temperature is excited by light, the space distribution is sensitive, and the temperature is sensitive. In the solar cell, the central wavenumber of the system is excited. The temperature of the system is measured. The density of the system is higher than that of the system. In the field of photovoltaic activity, the above electrodes and photovoltaic cells are activated by near-light excitation and the output devices with high sensitivity are displayed with the microwave detector.

项目成果

Sensitive monitoring of photocarrier densities in the active layer of a photovoltaic device with time-resolved terahertz reflection spectroscopy

• DOI: 10.1063/1.4975631
• 发表时间: 2017-02
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: G. Yamashita;E. Matsubara;M. Nagai;Changsu Kim;H. Akiyama;Y. Kanemitsu;M. Ashida

テラヘルツ分光でみる太陽電池材料・デバイスの光励起キャリアダイナミクス

使用太赫兹光谱观察太阳能电池材料和器件中的光激发载流子动力学

• 发表时间: 2017
• 作者: 山下元気;松原英一;永井正也;芦田昌明
• 通讯作者: 芦田昌明

Quantitative Evaluation Of Photoexcited Carriers In Semiconductor P-i-n Structures With Time-resolved Terahertz Reflection Spectroscopy

利用时间分辨太赫兹反射光谱定量评估半导体 P-i-n 结构中的光激发载流子

• 发表时间: 2016
• 作者: Genki Yamashita;Eiichi Matsubara;Masaya Nagai;Changsu Kim;Hidefumi Akiyama;Yoshihiko Kanemitsu;Masaaki Ashida
• 通讯作者: Masaaki Ashida