【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.26】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22AT0416
利用課題名 / Title
ヘテロpn接合太陽電池中のドーパント濃度の定量分析
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
ヘテロpn接合太陽電池,ドーパント濃度,InGaP,GaAs,エミッタ層,ベース層,Ｚｎ拡散
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
中村 徹哉
所属名 / Affiliation
宇宙航空研究開発機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
III-V族化合物太陽電池の高効率化のためには、ヘテロ界面付近のドーパント濃度の制御が重要である[1,2]。今回は、エミッタ層とベース層の成長条件を変えたヘテロpn接合太陽電池を作製し、各種ドーパント濃度分析を産業技術総合研究所ナノプロセシング施設の設備を利用して行った。
実験 / Experimental
【利用した主な装置】
二次イオン質量分析装置(D-SIMS) 【NPF038】
【実験方法】
ヘテロ接合太陽電池のpn接合構造は、n-InGaPエミッタ(150 nm)/p-GaAsベース(250 nm)とした。エミッタ層、ベース層のドーパントにはそれぞれ硫黄（Ｓ）、亜鉛(Zn)を用いた。ベース層の検討のため、Ｚｎ濃度の異なるヘテロ接合を3種（構造1，2，3）作製した。作製した太陽電池の拡散の影響を含めたＺｎ濃度を測定するため、2次イオン質量分析法（SIMS）を用いた。一次イオンはCｓ＋、加速電圧は5 keV、ビーム電流はおよそ100 nAとした。Znの2次イオン二次信号強度は非常に弱く検出が難しいため、今回は（CsZn）＋を検出することでZn濃度を得た。ドーパント濃度は既知の標準試料を用いて定量化した。
結果と考察 / Results and Discussion
各太陽電池のZn濃度のデプスプロファイルをFig.1に示す。破線はAsの2次イオン信号強度を示している。表面側のInGaP、GaAsはそれぞれエミッタ層、ベース層であり、このヘテロ界面でpn接合が形成されている。ヘテロ界面におけるZn濃度は急峻に変化しており、GaAsベース層からＩｎＧａＰエミッタ層へのＺｎの拡散は確認されなかった。これらの太陽電池の太陽電池の光照射時の電気出力は、大きく異なり，ドーパント濃度との相関が確認された。今後は、作製した太陽電池に対して高エネルギー粒子線を照射し、Ｚｎ濃度の違いによる放射線照射効果を解析する。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 Depth profiles of the sulfur concentration.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・参考文献：
[1] 中村徹哉、博士論文(2020).
[2] T. Nakamura et al., J. Appl. Phys. 130 (2021), 153102.
・共同研究者：
東京大学先端科学技術研究センター 杉山正和教授、日野眞生様
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件