【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.05.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23UT1154
利用課題名 / Title
波長選択近赤外域光電池
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学 / Tokyo Univ.
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）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（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
光起電力電池，ガリウムアンチモン化合物半導体，フィッシュネット電極,太陽電池/ Solar cell,熱電材料/ Thermoelectric material,リソグラフィ/ Lithography,電子線リソグラフィ/ EB lithography
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)
花村 克悟
所属名 / Affiliation
東京工業大学工学院機械系
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)
製鉄業など、1000℃以上の表面温度のスラブが待機搬送される場合には、強い熱ふく射が放射されるため大きな熱損失となっている。これを低バンドギャップpn接合半導体光起電力電池により直接発電することを試みる。このとき放射された熱ふく射にはバンドギャップ波長よりも長い波長の熱ふく射が多く含まれ、電池そのものの温度が上昇する。そこで、電池を空冷にも耐えられるように、バンドギャップ波長よりも長い成分を反射させ、バンドギャップ近傍のみ吸収する選択波長熱光起電力電池の製作を試みる。
実験 / Experimental
InAs基板上に、GaとSbおよびｎ型にはTeドープGaの分子線を用い、トータル厚みが100nm程度のpn接合をＭＢＥを使って成膜する。塩酸によりInAsのみ完全に溶かし、pn接合GaSb薄膜を作製する。これをシリコン基板上に金蒸着した裏面電極基板にファンデルワールス接合により接着する。最後にリソグラフィとリフトオフにより図に示すようなグリッド状トップ電極を作製する。この金属‐半導体‐金属の3層構造により特定の波長の熱ふく射のみ共鳴し吸収する。トップ電極の開口面は320nm×320nm、電極幅は80nmである(図1)。
結果と考察 / Results and Discussion
製作された、金属‐半導体‐金属の3層構造表面の反射率測定から、GaSb半導体のバンドギャップである波長およそ1.7ミクロン近傍に吸収率94％のピークが得られ、それよりも長い波長では吸収率が0.1まで低下する結果が得られた。さらにダイオード特性を確認すると同時に、白熱灯を使って開放電圧0.34V、短絡電流9mA/cm2を得た。波長選択のコンセプトの確認と、100nmといった空乏層にほぼ等しい厚みのpn接合半導体においても内部電界が形成されることや、その空乏層内に単一の磁界が周期的に変動することによっても電子とホールが生成され発電が可能であることが明らかとなった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 波長選択吸収熱光起電力電池表面グリッド状電極のSEM像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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