【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24AT0047
利用課題名 / Title
Earth abundance半導体薄膜の欠陥評価
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
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）計測・分析/Advanced Characterization
【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
ワイドギャップ半導体/ Wide gap semiconductor,太陽電池/ Solar cell,電子分光/ Electron spectroscopy,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation
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)
杉山 睦
所属名 / Affiliation
東京理科大学創域理工学部電気電子情報工学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
大久保 慶人
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
大塚 照久,有本 宏
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（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)
本研究では、静電スプレー法（Electrostatic Spray Deposition, ESD）を用いてワイドギャップ酸化物半導体のNiO薄膜を成膜し、その物性と特性を詳細に解析した。NiOは、高い熱安定性と優れた電気化学特性を持つことから、多くのエネルギー変換デバイスやセンサー用途に利用される注目の材料である。本研究では、安価に大面積堆積が可能なESD成膜を用い、溶液調製条件、スプレー時のパラメータ、基板温度などが薄膜の結晶構造、表面形態、および電気化学的特性に与える影響を調査した。また、薄膜の均一性や密着性を向上させるための作製プロセスの最適化も行った。特に、特定の条件下で形成されたNiO薄膜は、良好な結晶性と高い電気化学的活性を示し、エネルギー関連デバイスへの応用可能性が高いことが示された。
実験 / Experimental
ZnO/透明導電膜をRFスパッタ堆積したアルカリフリーガラス基板の上に、ESD法によりLi添加NiOを堆積した。p-NiO:Li(70 nm)/n-ZnO(300 nm)/ITiO(100 nm)構造のNiO太陽電池を作製し、表面にAg電極を堆積した。作製した太陽電池に対して擬似太陽光(AM1.5)照射下においてJ-V測定などを行った。
結果と考察 / Results and Discussion
本研究では、ESD法で作製したNiO薄膜を用いた透明太陽電池中の原子拡散挙動を解析するため、産総研ナノプロセシング施設の二次イオン質量分析装置（AT-038）を用いて深さ方向の元素分布を評価した。この結果特に注目されたのは、薄膜内でのリチウム（Li）の分布であり、SIMSによる深さプロファイルでは、試料全体にわたりLiシグナルが均一に検出され、これは基板由来ではなく、薄膜作製時に前駆体溶液に添加されたLiが高い拡散性を持つためと考えられる。さらに、Liの分布はNiO薄膜の結晶性や界面特性に寄与しており、特定のプロセス条件下では、薄膜の電気化学的特性の向上につながることが確認された。この拡散挙動の理解は、NiO薄膜の作製プロセス最適化だけでなく、リチウム添加による特性制御に重要な知見を提供するものである。以上の結果は、ESD法による材料特性向上の可能性を示すとともに、エネルギーデバイスへの応用において重要な基盤を提供するものである。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
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)
-
Keito Okubo, Effects of Li concentration in the precursor solution on NiO thin films deposited using electrostatic spray deposition, Japanese Journal of Applied Physics, 63, 111006(2024).
DOI: https://doi.org/10.35848/1347-4065/ad8c07
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- Keito Okubo and Mutsumi Sugiyama: “Investigating the Influence of Solvents on NiO Thin Films by Electrostatic Spray Deposition”, The 2024 Spring Meeting of the European Materials Research Society (E-MRS), Symposium K: Synthesis, processing and characterization of nanoscale multi functional oxide films, Strasburg Convention Centor, France, May 27-31 (2024), KP01-05_1280 (poster).
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