Development of nanocarbon thin films for all-carbon photovoltaics

用于全碳光伏发电的纳米碳薄膜的开发

• 批准号: 17F17380
• 负责人: 吉武 剛
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-11-10 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17380/
• 关键词: ナノダイヤモンド; ダイヤモンド; ナノカーボン; ダイオード; pn接合; 物理気相成長法; 薄膜成長; 光電変換; 超ナノ微結晶ダイヤモンド; UNCD; ｐｎ接合; アモルファスカーボン; 同軸型アークプラズマガン; 薄膜

超ナノ微結晶ダイヤモンド/水素化アモルファスカーボン混相（UNCD/a-C:H)膜は，粒径10 nm程度の無数のナノ微結晶ダイヤモンド（UNCD)が水素化アモルファスカーボン（a-C:H)マトリックスに内在する構造をとり，膜中に無数のUNCDの界面・粒界が存在し，それを起源とする特異な光・電子状態が発現する等の特徴を有する。本研究では、UNCD/a-C:Hによる光電変換素子の実現を目指した。同軸型アークプラズマ堆積法により窒素ドープ膜をp型Si基板に作製して，ヘテロ接合ダイオードを作製した。さらに，それらのダイオードのI-V特性を測定し，シミュレーションによりダイオード特性を詳細に解析した。実験結果はシミュレーションでうまく再現され，界面欠陥密度に加えて，ミッドギャップアクセプターライクな欠陥状態密度が支配的な欠陥であることがわかった。アンドープ層をi層として挿入してpin型にするとリーク電流が大幅に減少し，その結果UVダイオードとしての性能が向上することがわかった。UNCD/a-C:H膜の光学パラメーターを，エリプソメトリーによって正確に調べた。実験データは、異なる振動子モデルの線形結合を使用することでフィッティングされ再現された。屈折率の値が可視領域で1.9から2.05まで変化することを明らかにした。吸光係数の値は、DLCフィルムの値に近く、光学バンドギャップは約1.63 eVであった。ESR測定により、膜中に大量の欠陥が存在することが明らかになり，これが吸収遷移に寄与している可能性があることがわかった。ホモ接合を試みたが，前述した界面準位のためか，ホモ接合ではきれいな整流特性をえることが出来なかった。UNCD/a-C:Hにおけるp型，n型化は，単結晶の半導体材料に対するものとは異なっていると思われ，ビルトインポテンシャルが立ちにくい可能性がある。

Uncd/a-C: h films are characterized by the presence of numerous UNCD interfaces and grain boundaries in the film, the origin of which, the appearance of specific optical and electronic states, and other characteristics. This study is aimed at the realization of the photoelectric conversion element in UNCD/a-C:H. Coaxial type deposition method for the fabrication of thin films on p-type Si substrates The I-V characteristics of all kinds of materials are measured and analyzed in detail. The result is that the interface density is increased, and the interface density is dominated by the interface density. The current in the pin-type layer is greatly reduced, resulting in an increase in UV performance. UNCD/a-C:H film optical separation, optical separation The linear combination of the oscillator and the differential oscillator is used to reproduce. The refractive index is 1.9 and 2.05 respectively. Absorbance coefficient is about 1.63 eV. ESR measurements show that there are a lot of defects in the membrane, and the possibility of absorption and migration is very high. The interface alignment and rectification characteristics of the joint are discussed. UNCD/a-C:H is p-type, n-type, crystalline semiconductor materials are different, and the possibility of separation is high.

项目成果

Photoconduction of p-type Ultrananocrystalline Diamond/Hydrogenated Amorphous Carbon Composite Films in Metal-Semiconductor-Metal Geometry

金属-半导体-金属几何结构中p型超纳米晶金刚石/氢化非晶碳复合薄膜的光电导

• 发表时间: 2018
• 期刊: J. Phys. Conf. Series
• 作者: Takanori Hanada;Shinya Ohmagari;Abdelrahman Zkria;and Tsuyoshi Yoshitake
• 通讯作者: and Tsuyoshi Yoshitake

Optical and structural characterization of ultrananocrystalline diamond/hydrogenated amorphous carbon composite films deposited via coaxial arc plasma

• DOI: 10.1016/j.cap.2018.11.012
• 发表时间: 2019-02
• 期刊: Current Applied Physics
• 影响因子: 2.4
• 作者: Abdelrahman Zkria;F. Abdel-Wahab;Y. Katamune;T. Yoshitake

North Carolina State University(米国)

北卡罗来纳州立大学（美国）

UV Laser-Induced Boron Incorporation to Singlecrystalline Diamond

紫外激光诱导硼掺入单晶金刚石

• 发表时间: 2018
• 作者: Eslam Abubakr;Abdelrahman Zkria;Yuki Katamune;Shinya Ohmagari;Hiroshi Ikenoue;and Tsuyoshi Yoshitake
• 通讯作者: and Tsuyoshi Yoshitake

King Mongkut's Inst. of Techn(タイ)

Mongkut国王理工学院（泰国）