Ｐ－ＫＦＭを用いたＣＩＧＳ系太陽電池材料中の光励起キャリアダイナミクスの解明

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Ga組成による光キャリアの再結合プロセスに対して調べた結果、Ga組成が高い試料で速い再結合の割合rと遅い再結合の時定数τが増加することが分かった。ここでのrは、全体の起電力の中で速い再結合で消えてしまう起電力の割合で、速い再結合はCIGS内もしくはCIGS/CdS界面で生じるband to band 再結合や欠陥による再結合を含めて考えている。上記の結果は、以下の二つの結果を元に理解することができる。i) 光起電力と光強度依存性を調べた結果、Ga組成が高い試料で光強度依存性が強いことが分かった。従って、Ga組成が高い試料ではSRH再結合、すなわち欠陥を介した速い再結合がより支配的に起こっていることが考えられる。ii) 表面ポテンシャルを測定した結果、従来の結果と同様、結晶粒界にあるBuilt-in potentialはGa組成が高い試料ではより小さくなることが確認された。Built-in potentialが小さくなると、電子と正孔の空間分離による再結合の抑制効果が弱まるため、高Ga組成の試料ほど再結合の頻度が高くなることが考えられる。次に、照射光の強度と光キャリアの再結合プロセスの関係を調べた。弱励起下では光励起キャリアのほとんどが速い再結合プロセスで消えてしまうのに対して、強励起状態になると速い再結合プロセスの割合が占める分が減っていくことが分かった。まず弱励起条件において、光起電力は発生するもののrが1に近い、という実験結果は、生成された電子がCdS層を乗り越えずCIGS層中のCdS層との界面付近に集まった電子によって光起電力が発生することを意味していると考えている。一方、励起光が強くなるにつれてrが低下することが示されており、これは、強励起条件ではn型領域への十分な数の電子の流入が生じ、それによる光起電力が支配的になる、というモデルで理解できる。