大阪大学image大阪大学大学院工学研究科の西久保綾佑助教、佐伯昭紀教授らの研究グループは、独自に開発してきたアンチモン(Sb)系半導体を用いた塗布型デバイスにおいて、照射波長(光の色)に応じて出力特性、特に電圧がダイナミックに変化する新現象を世界で初めて発見しました。本現象をWDPE (wavelength-dependent photovoltaic effect)と命名し、その詳細な挙動と電気的機構を明らかにしました。

複数の半導体接合からなる光電変換素子は、太陽電池や光感応素子として、身の回りで使われている非常に重要な技術です。特に近年はIoT社会の実現に向け、様々なセンサの高機能化や小型化・薄膜化が求められています。





光センサも、高機能化に向けた“波長選択性”や“波長識別機能”の開拓が行われています。しかし、波長選択(特定の波長域、すなわち色域にのみ高い感度を有すること)は多くの報告例がある一方、波長識別はほとんど報告がありませんでした。光電変換素子の出力特性を記述するShockleyダイオードモデルにおいても照射波長の影響は含まれておらず、原理的に困難でした。

今回、西久保助教・佐伯教授らの研究グループは、独自の塗布プロセスにより作製したアンチモン・硫黄・ヨウ素(SbSI)素子およびSbSI:硫化アンチモン(Sb2S3)複合素子(図1)において、光の波長に応じて出力電圧が可逆に降下/回復する新現象を見出しました。さらに本現象が、酸化チタン, SbSI, 一部の有機半導体から成る接合構造において特異的に発現することを見出し、本現象の電気的機構を明らかにしました。本研究が発展すれば、光センサの高機能化や小型化・薄膜化への応用も期待できます。

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