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中村 徹哉*; 今泉 充*; 佐藤 真一郎; 菅谷 武芳*; 望月 透*; 岡野 好伸*; 大島 武
Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.73 - 76, 2015/11
量子ドット太陽電池の放射線劣化メカニズムの解明を目指し、ガリウムひ素(GaAs)半導体中に量子ドットを含むi層を導入したpin太陽電池の放射線照射効果に関する研究を推進している。これまでに、量子ドット太陽電池は放射線照射により曲線因子(FF)が大きく劣化することを報告しているが、今回は、そのメカニズムを明らかにするために、低エネルギー陽子線照射によって生成する電流(イオンビーム誘起電流: IBIC)を測定し、空乏化している量子ドット層内での少数キャリアの振る舞いを調べた。陽子線のエネルギーは量子ドット層に損傷が導入されるような条件とし、結晶損傷が蓄積されることで生成電流がどのように減少していくかを観察した。その結果、陽子線照射によって量子ドット層内に蓄積した欠陥に起因するキャリア収集効率の低下がFF劣化の主要因であることが明らかとなった。
佐藤 真一郎; Schmieder, K. J.*; Hubbard, S. M.*; Forbes, D. V.*; Warner, J. H.*; 大島 武; Walters, R. J.*
Proceedings of 42nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC-42) (CD-ROM), 5 Pages, 2015/06
超高効率と高い耐放射線性が期待される量子ドット太陽電池は次世代の宇宙用太陽電池として期待されているが、放射線照射によって生じる欠陥準位や、その電気的特性への影響については明らかになっていない。今回、InAs量子ドットを埋め込んだGaAs pn接合ダイオードに陽子線を照射し、生成する欠陥準位(多数キャリア捕獲準位および少数キャリア捕獲準位)を欠陥準位評価法(Deep Level Transient Spectroscopy: DLTS)を用いて調べた。多くの多数キャリア捕獲準位の濃度が陽子線照射量に比例して増加する一方で、EL2と呼ばれるGaAs中の代表的な多数キャリア捕獲準位は増加せず、照射による影響を受けないことが判明した。加えて、正バイアスDLTS法を用いて欠陥準位を調べることで、量子ドット層に起因すると思われる少数キャリア捕獲準位を見出した。この少数キャリア捕獲準位の準位エネルギーは0.16eVと浅く、キャリアの輸送、すなわちデバイス特性の向上を妨げている要因になっている可能性があると結論できた。
長谷川 雅幸*; 永井 康介*; Tang, Z.*; 湯葢 邦夫*; 鈴木 雅秀
JAERI-Tech 2003-015, 137 Pages, 2003/03
JAERI-Tech-2003-015.pdf:9.03MB
材料試験炉(JMTR)で中性子照射した原子炉圧力容器銅のモデルFe‐Cuについて陽電子消滅実験を行い、照射によって生じたナノボイドや超微小Cu析出物を調べた。その結果、ナノボイドの表面は、Cu原子で覆われていること、このようなナノボイドは、約400
の焼鈍でその内部の空孔が解離・消滅するために超微小Cu析出物となることを見いだした。また、照射脆化に重要な役割を果たすと考えられているNi,Mn,PなどをFe‐Cuモデル合金に添加した効果を調べた結果、(1)NiやPは、ナノボイド形成を促進するが、Mnは逆に遅らせること,(2)約400の焼鈍によって生ずる超微小Cu析出物はほぼ純銅でこれら添加元素を含んでいないこと、などを見いだした。さらに単結晶Fe‐Cuの陽電子消滅2次元角相関(2D‐ACAR)測定から、Fe中に埋め込まれた超微小Cu析出物(体心立方結晶構造)のFermi面を求めた。この結果はバンド計算の結果と良く一致した。FeCuモデル合金中のCu集合体の陽電子親和力閉じ込めの理論計算を行い、約1nm以上の埋め込み粒子になると陽電子量子ドット状態が実現することがわかった。
大島 武; 中村 徹哉*; 菅谷 武芳*; 住田 泰史*; 今泉 充*; 佐藤 真一郎; 松原 浩司*; 仁木 栄*; 望月 透*; 武田 明紘*; et al.
no journal, ,
In this study, GaAs PiN solar cells of which i-layer contains or does not contain In
As QD layers are fabricated. The degradation behaviors for the QD solar cells due to proton irradiation are compared to that for the non QD solar cells using an in-situ measurement technique. The maximum power for QD (50 layers) and non-QD GaAs solar cells decreased with increasing fluence of protons with an energy of 150 keV. No significant difference in the degradation behavior between QD and non-QD solar cells is observed. This can be concluded that QD solar cells have an enough potential for space applications because the initial efficiency for QD solar cells is expected to be higher than non-QD solar cells. In addition, annealing of the degraded characteristics of both the QD and the non-QD solar cells was observed under AM0 illumination even at RT.
佐藤 真一郎; Schmieder, K.*; Hubbard, S.*; Forbes, D.*; Warner, J.*; 大島 武; Walters, R.*
no journal, ,
インジウム砒素(InAs)量子ドット(QD)を含むガリウム砒素(GaAs)pn接合ダイオードとQDを含まないpnダイオードに対する、3MeV陽子線照射の影響を欠陥準位評価(DLTS)法によって評価した。照射によって生成する欠陥準位のエネルギーと捕獲断面積に加え、照射量の増加に伴う欠陥準位密度の変化について調べた。その結果、照射欠陥に起因すると思われる複数の欠陥準位は照射量に対して比例して増加することが分かった。一方、照射前から存在するEL2トラップと呼ばれる欠陥準位の密度は照射後も増加しないが、照射前におけるQDを含むpn接合ダイオード中のEL2トラップ密度はQDを含まないpn接合ダイオードよりも数倍高くなっており、EL2トラップ密度の改善が今後の課題であることが判明した。
大島 武; 中村 徹哉*; 住田 泰史*; 今泉 充*; 佐藤 真一郎; 菅谷 武芳*; 松原 浩司*; 仁木 栄*; 望月 透*; 岡野 好伸*
no journal, ,
Introduction of highly-stacked well-aligned Quantum Dots (QDs) layers into solar cells are expected to realize their extremely high conversion efficiency. In this study, the current induced in QD solar cells by 1 MeV electron irradiation was evaluated to investigate their degradation response. The samples used in this study were GaAs PiN solar cells with InGaAs QD layers by molecular beam epitaxy (MBE). For comparison, GaAs PiN solar cells with an i-layer were fabricated under the same process without the fabrication of the QD layers. The QD and non QD solar cells were irradiated with 1MeV electrons and their electron-induced currents were measured at applied bias between -300 and 200 mV. As a result, QD solar cells showed applied bias dependence of electron-induced current, and the value of electron-induced current increased with increasing reverse bias. Also, with increasing electron fluence, the electron-induced current decreased. This can be interpreted in terms of a decrease in carrier lifetime due to radiation induced defects. The applied bias dependence for QD solar cells became larger with increasing electron fluence. On the other hand, non QD solar cells did not show the applied bias dependence of electron-induced current before and after irradiation. These results suggest that carriers generated in QD solar cells by electrons recombine in QD layer when the electric field is not high enough.
佐藤 真一郎; 大島 武; 中村 徹哉*; 今泉 充*; 菅谷 武芳*; 松原 浩司*; 仁木 栄*; 武田 明紘*; 岡野 好伸*
no journal, ,
III-V族半導体量子ドットは次世代太陽電池の超高効率化技術として期待されていることから、宇宙環境での利用を想定した場合、放射線暴露による影響を明らかにする必要がある。そこで今回、インジウムガリウム砒素(In
Ga
As)の量子ドット層を50層含むPiN型ガリウム砒素(GaAs)太陽電池と量子ドット層を含まない比較用GaAs太陽電池に、150keVおよび3MeV陽子線を照射し、発電特性の変化を調べた。その結果、低照射量では量子ドット太陽電池の方が比較用GaAs太陽電池よりも劣化がやや小さかったが、照射量の増加と共に急激な劣化が生じることが分かった。これは陽子線のエネルギーによらず生じたため、量子ドット太陽電池に特有の現象であると考えられる。
