提供した点にある．また，従来の硫化カドミウ

CIGS 太陽電池の変換効率
光・加熱で 2 倍青山学院大学の中田時夫教授，小林大造助手

機構からの研究費により行われた．

短波長の透過率が高い特長があることから，今（九州工業大学

工学研究院

先端機能システ後 CIGS 薄膜太陽電池の更なる高効率化が期待

ム工学研究系准教授

勇， 連 絡 先：

できる．

〒 804-8550（中田時夫

連絡先：〒 229-8558

神奈川県相URL：https://research02.jimu.kyutech.ac.jp/

URL：http://nakada-www.ee.aoyama.ac.jp

ミウム・バッファ層を用いたものである．しかE-mail：sun@ele.kyutech.ac.jp）
html/174̲ja.html

aoyama.ac.jp）

20％まで改善されたが，これらは薄い硫化カド

北 九 州 市 戸 畑 区 仙 水 町 1-1，

電 気 電 子 工 学 科 L-317，E-mail：nakada@ee.

らの研究グループはカドミウム・フリー CIGS

電池の変換効率は多結晶シリコンと同程度の

孫

模原市淵野辺 5-10-1 青山学院大学 理工学部

薄膜太陽電池の変換効率を大幅に向上する後処理プロセスを開発した．最近，CIGS 薄膜太陽

この研究は，文部科学省および科学技術振興

ムに比べ，硫化亜鉛系はその禁制帯幅が広く，［2012 年 10 月 26 日原稿受付］［2012 年 10 月 6 日原稿受付］

表面移動電界を用いた非接触電気特性評価

反強磁性体／強磁性体の接合界面での非補償反強磁性スピン挙動を可視化
大阪大学の白土 優講師らの研究グループは，高輝度光科学研究センターの中村哲也主幹研究しながら，環境負荷低減および商業化の観点か従来の電気伝導率などの評価には，試料に電員らと協同で，ハードディスクドライブの情報ら，カドミウム・フリー化と高効率化は重要な流を流し回路形成の必要があった．しかし，今読み出し等に用いられている強磁性体／反強磁研究課題となっている．カドミウム・フリー・

回九州工業大学で開発した測定法では試料に回性体界面での磁気結合の微視的起源を明らかにバッファ層の代表として溶液成長法（Chemical路形成の必要がなく，圧電結晶表面に沿って移することに成功した．

Bath Deposition; CBD）による硫化亜鉛系など動する電界を試料に照射させることで電気特性

強磁性体／反強磁性体界面の磁気結合は交が既に実用化されているが，従来の溶液成長法を評価する．マイクロ波等の非接触的測定法と換磁気異方性と呼ばれ，この効果は 1950 年代（青学大）では，硫化亜鉛バッファ層の伝導帯も異なり，表面弾性波で電界を運ぶ方法である．に発見されたが， その微視的起源については下端が CIGS の伝導帯下端に比べて高く，硫化この測定法は，高周波電源・オシロスコープ明らかにされてこなかった． 交換磁気異方性

亜鉛系バッファ／ CIGS 界面のいわゆる伝導帯等で構成した電気回路に弾性表面波素子を挿入の発現には，界面反強磁性スピンが深く関わっオ フ セ ッ ト（ 電 子 の 障 壁 ） が 大 き い た め，し，回路の一部を圧電体表面にオープンさせ，ていると考えられているが， 反強磁性体は内CIGS 内で発生した光生成電子を効率よく取り漏れ出す電界を利用する仕組みである．測定試部でスピンが補償するため， 反強磁性スピン出すことができなかった．

料を弾性表面波素子の表面付近に設置すれば非からの挙動を検出することが困難であった．

今回，開発したのは，硫化亜鉛バッファ層を接触的に測定できる．電界と試料中キャリアとまた， これまでに用いられてきた反強磁性体用いた CIGS 太陽電池を，加熱と光照射を同時の相互作用は，電界のエネルギーロスの目安と（Mn 系反強磁性合金）が，複雑なスピン構造に行う後処理工程（光照射・加熱処理，Heat-なる．自由キャリア濃度の高い導体では遮蔽効を持つことも解析を困難にしてきた． 研究グ

Light Soaking, HLS）により硫化亜鉛バッファ果も含め，電界への「抵抗」が大きく見える．

ループでは， 反強磁性スピン方向を 2 方向に層に含まれる硫黄と酸素の組成比を調整し，変逆に，キャリアが固定される絶縁体や半導体で限定できる反強磁性 Cr2O（0001）／強磁性 Co
3

換効率を大幅に改善する手法である．具体的には電界エネルギーは試料に伝わりにくく透明の（111）積層膜に対して，放射光を利用した X 線

は 130℃に加熱したホットプレートの上に太陽ように見える．つまり，「電界抵抗」は電流抵

磁気円二色性測定を適用し， 交換磁気異方性電池を固定し，疑似太陽光を照射する（図）．

抗と異なる特性を示している．この測定法のメを担う反強磁性スピンに関する最大の謎であ

このとき，光化学反応が加熱により促進され，リットとして，試料抵抗値と関係なくゼロからる「反強磁性体／強磁性体界面に固着反強磁硫化亜鉛が酸化亜鉛に変化する．その結果，硫無限大までの抵抗測定が装置一台で実現できる．

性スピンが存在するか」に対してアプローチ

化亜鉛系バッファ層中の硫黄／酸素比が減少

また，試料にキャリアの流入・流出がないことした．結果として，非補償反強磁性 Cr スピンし，バッファ層の伝導帯下端が低下することで，から，電極を付ける必要もなくなり，電極のバは，強磁性 Co スピンの反転に際して，完全に伝導帯オフセット（電子の障壁）が低下し，変リア効果などを考慮しなくて済む．

固着することはなく， わずかなスピンキャン換効率が改善される．実際に変換効率 8.5％のその応用例として極表面超伝導の測定がある．

ティングを起こすことを明らかにした． この
スピンキャンティングは， 交換磁気異方性をCIGS 太陽電池は加熱・光照射処理を行うこと

表面の超伝導転移は内部バルクより高温側にあで変換効率 17.5％へ大幅に改善できることを確るとの理論予測がある．しかし，ナノメートル発現させる， 反強磁性層内のフラストレート認した． 従来， 溶液成長法による硫化亜鉛系

オーダー深さ表面の電気伝導率測定法は確立さしたスピン構造の起源となる．

バッファ層は歩留りが悪く，高効率化のプロセれていないため，表面超伝導の研究は進展でき

反強磁性層内のフラストレートしたスピン構

スウィンドウが狭い問題があったが，本研究のずその応用にも多くの問題が未解決のままであ造は，交換磁気異方性の強度，反強磁性層の臨成果はその原因を解明し， 安定的にカドミウる．本研究グループは，表面超伝導に関する実界膜厚等を決める重要なパラメータである．交

ム・フリー CIGS 太陽電池を供給できる技術を

験結果を既に得られており，理論上の解釈や発換磁気異方性は，今後も磁気メモリなどのスピ生メカニズムの解明を急いでいる．

ンエレクトロニクス分野で主要な役割を担うとまた，電極を付けにくいナノ材料の評価にも思われ，この成果は，次世代スピンエレクトロ期待される．例えば，カーボンナノチューブのニクスデバイスに向けた高い交換磁気異方性を測定もその一例である．電界の方向をそれぞれ発生させるための指針として，材料開発の活用チューブの軸と径の方向に向かわせることで，指針となることが期待できる．

その伝導率温度依存性の相違を確認している．

（大阪大学大学院工学研究科

さらに，量子コンピューティングにおける情報読み出しの技術開発にも応用できる．Si，

白土 優

連絡

大阪府吹田市山田丘 2-1，

E-mail：shiratsuchi@mat.eng.osaka-u.ac.jp）

Ge，SiC 等のドナー電子およびアクセプタ―

URL：http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/

ホール準位の読み出しについておこなった．測

mse2/MSE2-HomeJ.htm

定値は理論値とよく一致している．

954

先：〒 565-0871［2012 年 10 月 30 日原稿受付］

セラミックス47（2012）No. 12