平成12年度未来開拓学術研究推進事業研究成果報告書概要



1.研究機関名 立命館大学
 
2.委員会名 アモルファス・ナノ材料第147委員会
 
3.研究期間 平成8年度〜平成12年度
 
4.研究プロジェクト番号 96R14701
 
5.研究プロジェクト名 ナノクリスタル半導体の基礎物性と新機能デバイスの研究開発

6.プロジェクト・リーダー
プロジェクト・リーダー名 フリガナ 所属部局名 職名
濱川 圭弘 ハマカワ ヨシヒロ 立命館大学 理工学部 教授

7.コア・メンバー

コア・メンバー名 フリガナ 所属研究機関名・所属部局名 職名
岡本 博明 オカモト ヒロアキ 大阪大学大学院 基礎工学研究科 教授
広瀬 全孝 ヒロセ マサタカ 広島大学大学院 工学研究科 教授
高倉 秀行 タカクラ ヒデユキ 立命館大学 理工学部 教授

8.研究協力者

研究協力者名 フリガナ 所属研究機関名・所属部局名 職名
米沢 富美子 ヨネザワ フミコ 慶応義塾大学 理工学部 教授
宮崎 誠一 ミヤザキ セイイチ 広島大学大学院 工学研究科 助教授
仁田 昌二 ニッタ ショウジ 岐阜大学大学院 工学部 教授

9.研究成果の概要

本プロジェクト研究の研究成果を、各サブプロジェクト拠点の分担課題別にあげると、以下の通りである。
1)nc-Siの製膜法について、水素希釈率、基板温度など、製膜技術の最適化条件を確認し、膜質との関連を明らかにした。
2)nc-Si堆積の初期過程において、精密なパラメータ制御を行うことにより、サイズの揃った半球状nc-Siドットを、高密度に自己組織化させる技術を確立した。
3)こうして得たnc-Siドットの光吸収およびPLスペクトルの測定結果から、観測された現象が量子サイズ効果として理解できることを明らかにした。
4)nc-Si膜のEL発光については、1.3eVと1.6eVの2つの中心波長とするブロードな赤外発光を見出した。なかでも1.6eVの発光はこれがブロードであるため、室温で肉眼でも観測が可能である。
5) 4の成果を基に、Siより禁止帯幅の広いnc半導体膜について同様の実験を試みた結果、nc-ZnS:Mn膜で明るい赤色可視EL発光に成功し、その発光しきい電圧がICドライブ可能な12Vである。
6)nc-Siについて強結合近似による電子状態を計算し、上記の実験データとの比較から、対称性のずれを考慮することにより、nc-Siの赤入ろ発光の起源を説明し、ボンド長やボンド角の乱れ方によっては青色発光の可能性をも暗示できることを見出した。
7)高効率・低コストを目指した次世代型太陽電池として、a-Si/nc-Siタンデム構造太陽電池を提案し、現実的な物性を持つセルについてその実現可能効率が16.25%で有ることを見極めた。

10.キーワード

(1)ナノクリスタル半導体、(2)アモルファスシリコン、(3)価電子制御
(4)バンドギャップ制御、(5)自己組織化、(6)量子ドット
(7)薄膜発光素子、(8)タンデム型太陽電池、(9)OEIC

11.研究発表(印刷中も含む)

[雑誌論文]
著者名 論文標題
J. Koga, K. Nishio, H. Ohtani, T. Yamaguchi, and F. Yonezawa Electronic Properties of Low Dimensional Si Nanostructure, I. Local Electronic Probabilities
雑誌名 発行年 ページ
J. Phys. Soc. Jpn. 69 2000 2188

著者名 論文標題
S. Miyazaki, K. Shiba, N. Miyoshi, K. Etoh, A. Kohno and M. Hirose Luminescence Study of Self-Assembled Silicon Quantum Dots
雑誌名 発行年 ページ
Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 536 1999 45-50

著者名 論文標題
S. Nonomura, T. Gotoh, M. Nishio, T. Sakamoto, M. Kondo Photoinduced Expansion in Hydrogenated Amorphous Silicon
雑誌名 発行年 ページ
Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 577 1999 337-345

著者名 論文標題
T. Toyama, Y. Kotani, H. Okamoto, and H. Kida Light Emission from Nanocrystalline Si Thin-Film Light Emitting Diodes due to Tunneling Carrier Injection
雑誌名 発行年 ページ
Appl. Phys. Lett. 72 1999 1489-1491

著者名 論文標題
Y. Hamakawa and H. Takakura Key issues for the efficiency improvement of silicon basis stacked solar cells
雑誌名 発行年 ページ
Conf. Record 28th IEEE PV Spec. Conf.   2000 766-771

[図書]
著者名 出版者
仁田 昌二(小間篤編) 丸善株式会社
書名 発行年 総ページ数
実験物理学講座4 ”試料作成技術” アルファモス・非晶質試料 2000 302(総頁数)

著者名 出版者
濱川 佳弘、岡本 博明、高倉 秀行他                            (濱川 佳弘編著) シーエムシー
書名 発行年 総ページ数
太陽光発電−最近の技術とシステム− 2000 318(総頁数)

著者名 出版者
岡本 博明、高倉 秀行、他                            (小長井 誠編著) オーム社
書名 発行年 総ページ数
薄膜太陽電池の基礎と応用 2001 265(総頁数)


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